TÌM HIỂU và để XUẤT GIAO THỨC mới CHO MẠNG CHUYỂN TIẾP TRUYỀN NĂNG LƯỢNG vô TUYẾN BẰNG kỹ THUẬT DF (có code)

1 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TÌM HIỂU VÀ ĐỂ XUẤT GIAO THỨC MỚI CHO MẠNG CHUYỂN TIẾP TRUYỀN NĂNG LƯỢNG VÔ TUYẾN BẰNG KỸ THUẬT DF DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT Từ viết tắt Tên tiếng anh Tên tiếng Việt AWGN Additive White Gaussian Noise Nhiễu Gauss trắng cộng DF Decode and Forward Giải mã chuyển tiếp BRS Best Relay Selection Lựa chọn relay tốt RRS Random Relay Selection Lựa chọn relay ngẫu nhiên TS Time Switching Chuyển mạch thời gian PS Power Splitting Phân chia công suất FTSAPS Fixed Time Switching Adaptive Chuyển mạch thời gian cố Power Splitting định phân chia công suất đáp ứng FTSFPS Fixed Time Switching Fixed Power Splitting Chuyển mạch thời gian cố định phân chia công suất cố định CDF Cumulative Distribution Function Hàm phân bố tích lũy PDF Probability Density Function Hàm mật độ xác suất OP Outage Probability Xác suất dừng hệ thống RF Radio Frequency Tần số vô tuyến SNR Signal-to-Noise Ratio Tỉ số tín hiệu nhiễu MIMO Multiple Input Multiple Output Đa đầu vào đa đầu EHN Energy Harvesting Network Mạng thu lượng SWIPT Simultaneous Wireless Information Truyền thông tin and Power Transfer lượng vô tuyến đồng thời ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 1/57 CHƯƠNG MỞ ĐẦU 1.1 Lý chọn đề tài Hiện truyền thông vô tuyến phát triển với tốc độ nhanh góp phần lớn việc thay đổi nâng cao sống người Hệ thống thông tin vô tuyến, hệ thống điện thoại di động ngày cần tốc độ truyền liệu nhanh hơn, tiêu tốn lượng độ tin cậy cao giữ chất lượng dịch vụ Nhu cầu người truyền thông vô tuyến ngày tăng từ dẫn đến phát triển không ngừng lĩnh vực Trong truyền thông vơ tuyến (Wireless Communications), khơng gian tự môi trường truyền dẫn, thông tin truyền từ máy phát đến máy thu sóng điện từ Truyền thơng vơ tuyến với tính linh hoạt di động hệ thống nhận quan tâm đặc biệt từ nhà nghiên cứu Để đáp ứng nhu cầu ngày tăng, kỹ thuật phân tập sử dụng để nâng cao tốc độ liệu truyền thông hợp tác kỹ thuật với thiết bị đầu cuối di động sử dụng ăn-ten hoạt động môi trường nhiều thuê bao có khả tạo máy thu phát đa ăn-ten ảo cho phép chúng hợp tác thực việc truyền phân tập hiệu Đối với truyền thơng hợp tác máy chuyển tiếp đặt vào máy nguồn máy đích Vì thế, kênh truyền chuyển tiếp coi kênh hỗ trợ cho kênh truyền trực tiếp Kênh chuyển tiếp coi kênh MIMO nguồn đích đến fading độc lập với kênh trực tiếp nên máy chuyển tiếp sử dụng để tạo đường độc lập máy nguồn máy đích Máy chuyển tiếp tín hiệu nhận tín hiệu từ máy nguồn sau xử lý truyền lại tín hiệu đến máy đích Hiện có nhiều ứng dụng thiết bị khơng dây gây tiêu hao lượng ngày lớn Và hướng giải để đáp ứng nhu cầu việc tạo loại pin có dung lượng lớn Vì thế, việc nạp lượng nhanh, tiện lợi an toàn giải pháp mà nhiều quan Tìm Hiểu Và Đề Xuất Giao Thức Mới Cho Mạng Chuyển Tiếp Truyền Năng Lượng Vô Tuyến Bằng Kỹ Thuật DF ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 2/57 nghiên cứu, hãng sản xuất giới theo đuổi tìm hướng phát triển Có nhiều cách để nạp lượng nạp không dây cách thuận tiện, dễ dàng an tồn Một số ví dụ nạp lượng không dây nạp lượng nhiệt, lượng mặt trời lượng sóng vơ tuyến Hiện tại, cơng nghệ nạp lượng sóng vơ tuyến q trình phát triển hồn thiện nói công nghệ Một trạm lượng vô tuyến bao gồm điểm truy cập có nguồn khơng đổi, phát tín hiệu vơ tuyến mang thơng tin lượng đến thiết bị đầu cuối Và thiết bị đầu cuối diễn số hoạt động sau, số hoạt động máy thu thơng tin giải mã tín hiệu nhận số khác nhận lượng cách nạp lượng từ sóng điện từ Vì phải truyền qua môi trường vô tuyến nên suy hao lớn để khắc phục điều nên thiết bị nạp lượng phải triển khai, lắp đặt gần điểm truy cập Và điều ảnh hưởng đến việc truyền thông tin mà điểm truy cập gửi cho máy thu thông tin Trong mạng hợp tác (chuyển tiếp), nút chuyển tiếp thu lượng sau dùng lượng để xử lý chuyển tiếp gói tin đến nguồn, hiệu mạng nào? Làm để nâng cao hiệu hệ thống mạng chuyển tiếp? Đó lý tơi chọn đề tài: TÌM HIỂU VÀ ĐỀ XUẤT GIAO THỨC MỚI CHO MẠNG CHUYỂN TIẾP TRUYỀN NĂNG LƯỢNG VÔ TUYẾN BẰNG KỸ THUẬT DF 1.2 Tổng quan vấn nghiên cứu Truyền lượng thông qua sóng vơ tuyến (RF) giải pháp nhằm kéo dài thời gian hoạt động thiết bị hoạt động mạng không dây (vô tuyến) Trong đồ án tốt nghiệp: Tìm hiểu đề xuất giao thức cho mạng chuyển tiếp truyền lượng vô tuyến kỹ thuật DF này, thực khảo sát hiệu hệ thống truyền thông hợp tác với trạm nguồn vừa phát lượng RF vừa truyền thông tin, N máy chuyển tiếp máy đích Máy chuyển tiếp sử dụng chế giải mã-chuyển tiếp hợp tác với trạm nguồn chuyển thơng tin đến đích nhằm nâng Tìm Hiểu Và Đề Xuất Giao Thức Mới Cho Mạng Chuyển Tiếp Truyền Năng Lượng Vô Tuyến Bằng Kỹ Thuật DF ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 3/57 cao hiệu hệ thống Từ đặc tính thống kê tỉ số tín hiệu nhiễu (SNR), đồ án tốt nghiệp xây dựng cơng thức tính xác suất dừng hệ thống, thông lượng dùng để khảo sát, đánh giá so sánh hiệu hệ thống Cuối cùng, sử dụng mô Monte-Carlo để kiểm chứng kết phân tích Sự trùng khớp kết phân tích kết mơ kiểm chứng tính đắn kết phân tích 1.3 Mục tiêu  Nắm rõ phương thức chuyển tiếp DF mạng vô tuyến truyền lượng  Xây dựng mơ hình hệ thống giao thức nghiên cứu  Xây dựng cơng thức tính tốn tường minh xác suất dừng (OP) thông lượng để đánh giá hệ thống  Xây dựng chương trình mơ  Hồn thiện viết báo cáo 1.4 Đối tượng phạm vi nghiên cứu 1.1.1 Đối tượng nghiên cứu  Kênh truyền vô tuyến: Nakagami-m  Phương thức chuyển tiếp: Giải mã chuyển tiếp – DF (Decode and Forward)  Các tham số đánh giá hệ thống: Xác suất dừng hệ thống, thông lượng 1.1.2 Phạm vi nghiên cứu  Mạng chuyển tiếp truyền lượng vô tuyến  Hệ thống viễn thông xác suất thống kê 1.5 Phương pháp nghiên cứu  Phân tích tổng hợp thơng tin  Phân tích theo đặc tính hệ thống  Phân tích đánh giá kết Tìm Hiểu Và Đề Xuất Giao Thức Mới Cho Mạng Chuyển Tiếp Truyền Năng Lượng Vô Tuyến Bằng Kỹ Thuật DF ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 4/57 CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ MẠNG VÔ TUYẾN CHUYỂN TIẾP VÀ TRUYỀN NĂNG LƯỢNG VÔ TUYẾN 1.6 Giới thiệu Hiện thiết bị không dây (điện thoại, laptop, máy tính bảng, ) ngày trở nên phổ biến phần thiếu cho sống mang lại nhiều lợi ích cho người dùng, ví dụ như: điện thoại thơng minh (gọi điện, nhắn tin, chụp hình, quay phim, ), thương mại (mua, bán trực tuyến, ), tiếp thị Tìm Hiểu Và Đề Xuất Giao Thức Mới Cho Mạng Chuyển Tiếp Truyền Năng Lượng Vô Tuyến Bằng Kỹ Thuật DF ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 5/57 (tìm kiếm, quảng cáo, ) đơn giản phục vụ giải trí (xem phim, chơi game, nghe nhạc, , ) Vì nên yêu cầu kết nối thiết bị không dây hay người dùng với cần thiết Để đáp ứng nhu cầu mạng vơ tuyến (khơng dây) đời Ví dụ : Wifi, bluetooth, Hình 2.1: Kết nối không dây Với tốc độ phát triển không ngừng mạng vô tuyến nhu cầu sử dụng dịch vụ vô tuyến ngày tăng lên, dẫn đến vấn đề, thách thức khơng nhỏ phạm vi vùng phủ sóng, chất lượng đường truyền đặc biệt, quan trọng tốc độ truy cập Một giải pháp tối ưu nhằm khắc phục tất tình trạng nêu sử dụng hệ thống mạng chuyển tiếp Tìm Hiểu Và Đề Xuất Giao Thức Mới Cho Mạng Chuyển Tiếp Truyền Năng Lượng Vô Tuyến Bằng Kỹ Thuật DF ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 6/57 Hình 2.2: Mơ hình mạng trực tiếp chuyển tiếp Đây hệ thống mạng mẻ có tiềm phát triển lớn tương lai Cách thức hoạt động mạng chuyển tiếp dựa nút trung gian (nút chuyển tiếp) để chuyển tiếp liệu từ máy nguồn đến máy đích, cho phép kéo dài cự ly liên lạc từ mở rộng phạm vi vùng phủ sóng Đặc biệt nhờ sử dụng kỹ thuật chuyển tiếp nên nút trung gian sử dụng cơng suất phát thấp đảm bảo chất lượng dịch vụ làm giảm đáng kể tượng can nhiễu đến hệ thống mạng Để cho thiết bị không dây kéo dài thời gian hoạt động công nghệ tăng dung lượng pin giải pháp tốt Trong thiết bị liên tục thay đổi cấu hình, cơng nghệ, hiệu dung lượng pin chưa thể đáp ứng nhu cầu người dùng mà thiết bị ứng dụng smart phone, máy tính bảng ngày ngốn nhiều dung lượng pin Vì khơng thể đáp ứng đủ nhu cầu thời lượng sử dụng nên người dùng phải cắm sạc thường xuyên gây nhiều thời gian, phiền tối Vì mà nhiều người dùng trơng chờ vào loại pin giải pháp khả thi cải thiện giải triệt để vấn đề Tìm Hiểu Và Đề Xuất Giao Thức Mới Cho Mạng Chuyển Tiếp Truyền Năng Lượng Vô Tuyến Bằng Kỹ Thuật DF ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 7/57 Có nhiều cách để nạp lượng, sạc pin (có dây khơng dây), nạp khơng dây thuận tiện an tồn Ví dụ nạp lượng mặt trời, lượng nhiệt lượng sóng vơ tuyến Và cơng nghệ nạp lượng sóng vơ tuyến cơng nghệ có lẽ cơng nghệ ứng dụng kì vọng đem lại hiệu tối ưu cho tương lai Một phương pháp bổ sung việc cấp lượng cho hệ thống mạng vô tuyến hệ kỹ thuật truyền thu lượng sóng vơ tuyến (Radio Frequency – RF) Kỹ thuật cho phép cung cấp lượng cho thiết bị khơng dây thơng qua sóng RF trạm lượng vô tuyến chuyên dụng cố định từ thiết bị không dây khác Đây giải pháp đầy tiềm cho mạng vô tuyến mà bị hạn chế mặt lượng Thông thường mạng không dây hạn chế lượng ví dụ như: mạng cảm biến khơng dây, có thời gian hoạt động giới hạn dẫn đến hạn chế hiệu suất mạng Ngược lại, mạng thu lượng RF (Radio Frequency Energy Harvesting Network RF-EHN) [8], có nguồn cung cấp lượng khơng hạn chế từ mơi trường vơ tuyến cho phép thiết bị vô tuyến thu hoạch lượng từ tín hiệu RF dùng cho việc xử lý truyền thông tin chúng Hệ thống mạng truyền thơng tin lượng vơ tuyến đồng thời có ưu điểm giá thành thấp không cần thay đổi nhiều phần cứng máy phát Nhưng với nghiên cứu gần cho thấy việc tối ưu truyền thông tin lượng vô tuyến phải trả giá cho việc thiết kế hệ thống vô tuyến Ngun nhân tín hiệu vơ tuyến định đến chất lượng thông tin hai thứ đạt cực đại đồng thời Vì ta phải thiết kế lại hệ thống mạng khơng dây có Truyền thông vô tuyến phát triển mạnh mẽ ứng dụng rộng rãi nhu cầu thực tiễn Vì mà có nhiều nhà khoa học quan tâm đến việc nghiên cứu cải tiến giao thức mạng nhằm nâng cao tốc độ truyền dẫn chất lượng hệ thống, số có hệ thống mạng hợp tác truyền lượng vơ tuyến Mạng mô tả đơn giản gồm trạm nguồn vừa truyền thông tin vừa truyền lượng, nhiều máy chuyển tiếp Tìm Hiểu Và Đề Xuất Giao Thức Mới Cho Mạng Chuyển Tiếp Truyền Năng Lượng Vô Tuyến Bằng Kỹ Thuật DF ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 43/57 end epsilon = 0.4; a = (1-epsilon).*eta1.*alpha1./(1-alpha1); for j=1:length(gt) Poutm_the0(j) = Pout_the0(m1,m2,theta,gth2,gt(j),a,d11,d21,beta1,N); Poutm_sim0(j) = Pout_sim0(m1,m2,theta,gth2,gt(j),a,d11,d21,nol,beta1,N); end % % Calcultate Throughput vs d tm_the = ((1-Poutm_the).*R.*(1-alpha1)); tm_sim = ((1-Poutm_sim).*R.*(1alpha1)); figure(1); semilogy(gtdB,Poutm_the(1,:),'k',gtdB,Poutm_sim(1,:),'bo',gtdB,Poutm_the0(1,:),'- k',gtdB,Poutm_sim0(1,:),'rd','linewidth',2); grid on; title('Outage Probability'); xlabel('Transmit SNR'); ylabel('OP'); legend('ana', 'adaptive ratio', 'ana', 'fixed ratio'); FUNCTION Pout tính theo MƠ PHỎNG FTSFPS-RRS function Pouta0 = Pout_sim0(m1,m2,theta,gth,g0,a,d1,d2,nol,beta,N) l1 = d1.^(theta(1)); Tìm Hiểu Và Đề Xuất Giao Thức Mới Cho Mạng Chuyển Tiếp Truyền Năng Lượng Vô Tuyến Bằng Kỹ Thuật DF ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 44/57 l2 = d2.^(theta(2)); X1 = gamrnd(m1,1/m1,N,nol)/l1; %create N channel power gains of hop X2 = gamrnd(m2,1/m2,N,nol)/l2; %channel power gains of hop ge2e = (a.*g0.*X1 - beta).*X2; ge2e_max = max(ge2e,[],1); Pouta0= - size(ge2e(ge2e_max > gth),2)/nol; end FUNCTION Pout theo LÝ THUYẾT FTSFPS-RRS function Pouta0 = Pout_the0(m1,m2,theta,gth,g0,a,d1,d2,beta,N) l1 = d1^(-theta(1)); l2 = (d2)^(-theta(2)); u = sqrt((m1*m2*gth)/(a*g0*l1*l2)); tong1 = 0; for k=0:m2-1 tong2 = 0; for j=0:m1-1 tp1 = exp(-(m1*beta)/(l1*a*g0))/prod(factorial([k j m1-1-j])); tp2 = power(m1,m1+k-j-1)*power(m2*gth,k)*power(beta,m1-j-1); tp3 = power(l2,k)*power(l1*a*g0,m1+k-j-1); tp4 = power(u,j-k+1)*besselk(j-k+1,2*u); tong2 = tong2 + (tp1*tp4*tp2)/tp3; end tong1 = tong1 + tong2; end Pouta0 = (1-2*tong1)^N; Tìm Hiểu Và Đề Xuất Giao Thức Mới Cho Mạng Chuyển Tiếp Truyền Năng Lượng Vô Tuyến Bằng Kỹ Thuật DF ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 45/57 end FUNCTION Pout tính theo MƠ PHỎNG FTSAPS-BRS function Pouta = Pout_sim(m1,m2,theta,gth,g0,e0,d1,d2,nol,N,eta,alpha,bt,R) l1 = d1.^(theta(1)); l2 = d2.^(theta(2)); beta = e0/((1-alpha)*bt); phi = eta.*alpha.*g0/(1-alpha); omega1 = (2.^(R/(alpha*bt))-1)/g0; %Nguong cua X1 X1 = gamrnd(m1,1/m1,N,nol)/l1; %create N channel power gains of hop X2 = gamrnd(m2,1/m2,N,nol)/l2; %channel power gains of hop eps = omega1./X1; ge2e = (phi.*(1 - eps).*X1 - beta).*X2; ge2e_max = max(ge2e,[],1); Pouta= - size(ge2e(ge2e_max > gth),2)/nol; End FUNCTION Pout tính theo LÝ THUYẾT FTSAPS-BRS function Pouta = Pout_the(m1,m2,theta,Omega,g0,e0,d1,d2,N,eta,alpha,bt,R) l1 = d1^(-theta(1)); Tìm Hiểu Và Đề Xuất Giao Thức Mới Cho Mạng Chuyển Tiếp Truyền Năng Lượng Vô Tuyến Bằng Kỹ Thuật DF ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 46/57 l2 = (d2)^(-theta(2)); beta = e0/((1-alpha)*bt); phi = eta*alpha*g0/(1-alpha); omega1 = (2^(R/(alpha*bt))-1)/g0; %Nguong cua X1 b = beta + omega1*phi; u = sqrt((m1*m2*Omega)/(phi*l1*l2)); tong1 = 0; for k=0:m2-1 tong2 = 0; for j=0:m1-1 tp1 = exp(-(m1*b)/(l1*phi))/prod(factorial([k j m1-1-j])); tp2 = power(m1,m1+k-j-1)*power(m2*Omega,k)*power(b,m1-j-1); tp3 = power(l2,k)*power(l1*phi,m1+k-j-1); tp4 = power(u,j-k+1)*besselk(j-k+1,2*u); tong2 = tong2 + (tp1*tp4*tp2)/tp3; end tong1 = tong1 + tong2; end Pouta = (1-2*tong1)^N; end CODE xác suất dừng thơng lượng theo số relay N Chương trình Tìm Hiểu Và Đề Xuất Giao Thức Mới Cho Mạng Chuyển Tiếp Truyền Năng Lượng Vô Tuyến Bằng Kỹ Thuật DF ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 47/57 clc; clear all; R = 2; eth = 0:5:10; e0 = 10.^(eth./10); eth1 = 10;e1 = 10.^(eth1./10); %energy threshold bt = 1; %block time N = 1:2:5; %number of relay gtdB = 0:30; gt = 10.^(gtdB./10); gtdB1 = 20; gt1 = 10^(gtdB1/10); %transmit SNR alpha = 0.01:2*10^(-2):0.99; alpha1 = 0.5; eta = 0.01:2*10^(-2):0.99; eta1 = 1; d1 = 0.01:2*10^(-2):0.99; d11 = 1; d2 = - d1; d21 = - d11; theta = [2 2]; nol = 10^6; epsilon = 0.6; m1 = 1; m2 = 2; a = (1-epsilon).*eta1.*alpha1./(1-alpha1); gth2 = 2.^(R/((1-alpha1)*bt))-1; %threshold SNR of D % % Calcultate OP vs g0&N for i=1:length(N) for j=1:length(gt) Poutm_the(i,j) = Pout_the(m1,m2,theta,gth2,gt(j),e1,d11,d21,N(i),eta1,alpha1,bt,R); Poutm_sim(i,j) = Pout_sim(m1,m2,theta,gth2,gt(j),e1,d11,d21,nol,N(i),eta1,alpha1,bt,R); end end % % Calcultate Throughput vs d Tìm Hiểu Và Đề Xuất Giao Thức Mới Cho Mạng Chuyển Tiếp Truyền Năng Lượng Vô Tuyến Bằng Kỹ Thuật DF ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 48/57 tm_the = ((1-Poutm_the).*R.*(1-alpha1)); tm_sim = ((1-Poutm_sim).*R.*(1alpha1)); figure(1); semilogy(gtdB,Poutm_the(1,:),'k',gtdB,Poutm_sim(1,:),'ro',gtdB,Poutm_sim(2,:),'rd' ,gtdB,Poutm_sim(3,:),'rp', gtdB,Poutm_the(2,:),'k',gtdB,Poutm_the(3,:),'k','linewidth',2); grid on; title('Outage Probability'); xlabel('Transmit SNR'); ylabel('OP'); legend('ana', 'N = 1', 'N = 3', 'N = 5'); figure(2); plot(gtdB,tm_the(1,:),'k',gtdB,tm_sim(1,:),'ro',gtdB,tm_sim(2,:),'rd',gtdB,tm_sim(3,: ),'rp', gtdB,tm_the(2,:),'k',gtdB,tm_the(3,:),'k','linewidth',2); grid on; title('Throughput'); ylabel('Throughput'); xlabel('Transmit SNR'); legend('ana','N = 1', 'N = 3', 'N = 5'); FUNCTION Pout tính theo MƠ PHỎNG N function Pouta = Pout_sim(m1,m2,theta,gth,g0,e0,d1,d2,nol,N,eta,alpha,bt,R) l1 = d1.^(theta(1)); l2 = d2.^(theta(2)); beta = e0/((1-alpha)*bt); phi = eta.*alpha.*g0/(1-alpha); omega1 = (2.^(R/(alpha*bt))-1)/g0; %Nguong cua X1 X1 = gamrnd(m1,1/m1,N,nol)/l1; %create N channel power gains of hop Tìm Hiểu Và Đề Xuất Giao Thức Mới Cho Mạng Chuyển Tiếp Truyền Năng Lượng Vô Tuyến Bằng Kỹ Thuật DF ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 49/57 X2 = gamrnd(m2,1/m2,N,nol)/l2; %channel power gains of hop eps = omega1./X1; ge2e = (phi.*(1 - eps).*X1 - beta).*X2; ge2e_max = max(ge2e,[],1); Pouta= - size(ge2e(ge2e_max > gth),2)/nol; end FUNCTION Pout tính theo LÝ THUYẾT N function Pouta = Pout_the(m1,m2,theta,Omega,g0,e0,d1,d2,N,eta,alpha,bt,R) l1 = d1^(-theta(1)); l2 = (d2)^(-theta(2)); beta = e0/((1-alpha)*bt); phi = eta*alpha*g0/(1-alpha); omega1 = (2^(R/(alpha*bt))-1)/g0; %Nguong cua X1 b = beta + omega1*phi; u = sqrt((m1*m2*Omega)/(phi*l1*l2)); tong1 = 0; for k=0:m2-1 tong2 = 0; for j=0:m1-1 tp1 = exp(-(m1*b)/(l1*phi))/prod(factorial([k j m1-1-j])); tp2 = power(m1,m1+k-j-1)*power(m2*Omega,k)*power(b,m1-j-1); tp3 = power(l2,k)*power(l1*phi,m1+k-j-1); tp4 = power(u,j-k+1)*besselk(j-k+1,2*u); Tìm Hiểu Và Đề Xuất Giao Thức Mới Cho Mạng Chuyển Tiếp Truyền Năng Lượng Vô Tuyến Bằng Kỹ Thuật DF ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 50/57 tong2 = tong2 + (tp1*tp4*tp2)/tp3; end tong1 = tong1 + tong2; end Pouta = (1-2*tong1)^N; end CODE xác suất dừng thơng lượng theo E0 Chương trình clc; clear all; R = 2; eth = 0:10:20; e0 = 10.^(eth./10); eth1 = 10;e1 = 10.^(eth1./10); %energy threshold bt = 1; %block time N = 3;%1:2:5; %number of relay gtdB = 0:30; gt = 10.^(gtdB./10); gtdB1 = 20; gt1 = 10^(gtdB1/10); %transmit SNR alpha = 0.01:2*10^(-2):0.99; alpha1 = 0.5; eta = 0.01:2*10^(-2):0.99; eta1 = 1; d1 = 0.01:2*10^(-2):0.99; d11 = 1; d2 = - d1; d21 = - d11; theta = [2 2]; nol = 10^6; epsilon = 0.6; m1 = 1; m2 = 2; a = (1-epsilon).*eta1.*alpha1./(1-alpha1); gth2 = 2.^(R/((1-alpha1)*bt))-1; %threshold SNR of D Tìm Hiểu Và Đề Xuất Giao Thức Mới Cho Mạng Chuyển Tiếp Truyền Năng Lượng Vô Tuyến Bằng Kỹ Thuật DF ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 51/57 % % Calcultate OP vs d for i=1:length(e0) for j=1:length(gt) Poutm_the(i,j) = Pout_the(m1,m2,theta,gth2,gt(j),e0(i),d11,d21,N,eta1,alpha1,bt,R); Poutm_sim(i,j) = Pout_sim(m1,m2,theta,gth2,gt(j),e0(i),d11,d21,nol,N,eta1,alpha1,bt,R); end end % % Calcultate Throughput vs d tm_the = ((1-Poutm_the).*R.*(1-alpha1)); tm_sim = ((1-Poutm_sim).*R.*(1alpha1)); figure(1); semilogy(gtdB,Poutm_the(1,:),'k',gtdB,Poutm_sim(1,:),'ro',gtdB,Poutm_sim(2,:),'rd' ,gtdB,Poutm_sim(3,:),'rp', gtdB,Poutm_the(2,:),'k',gtdB,Poutm_the(3,:),'k','linewidth',2); grid on; title('Outage Probability'); xlabel('Transmit SNR'); ylabel('OP') legend('ana', 'E0 = 0dB', 'E0 = 10dB', 'E0 = 20dB'); figure(2); plot(gtdB,tm_the(1,:),'k',gtdB,tm_sim(1,:),'ro',gtdB,tm_sim(2,:),'rd',gtdB,tm_sim(3,: ),'rp', gtdB,tm_the(2,:),'k',gtdB,tm_the(3,:),'k','linewidth',2); grid on; title('Throughput'); xlabel('Transmit SNR'); ylabel('Throughput'); Tìm Hiểu Và Đề Xuất Giao Thức Mới Cho Mạng Chuyển Tiếp Truyền Năng Lượng Vô Tuyến Bằng Kỹ Thuật DF ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 52/57 legend('ana','E0 = 0dB', 'E0 = 10dB', 'E0 = 20dB'); FUNCTION Pout tính theo MƠ PHỎNG E0 function Pouta = Pout_sim(m1,m2,theta,gth,g0,e0,d1,d2,nol,N,eta,alpha,bt,R) l1 = d1.^(theta(1)); l2 = d2.^(theta(2)); beta = e0/((1-alpha)*bt); phi = eta.*alpha.*g0/(1-alpha); omega1 = (2.^(R/(alpha*bt))-1)/g0; %Nguong cua X1 X1 = gamrnd(m1,1/m1,N,nol)/l1; %create N channel power gains of hop X2 = gamrnd(m2,1/m2,N,nol)/l2; %channel power gains of hop eps = omega1./X1; ge2e = (phi.*(1 - eps).*X1 - beta).*X2; ge2e_max = max(ge2e,[],1); Pouta= - size(ge2e(ge2e_max > gth),2)/nol; end FUNCTION Pout tính theo LÝ THUYẾT E0 function Pouta = Pout_the(m1,m2,theta,Omega,g0,e0,d1,d2,N,eta,alpha,bt,R) l1 = d1^(-theta(1)); l2 = (d2)^(-theta(2)); beta = e0/((1-alpha)*bt); phi = eta*alpha*g0/(1-alpha); Tìm Hiểu Và Đề Xuất Giao Thức Mới Cho Mạng Chuyển Tiếp Truyền Năng Lượng Vô Tuyến Bằng Kỹ Thuật DF ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 53/57 omega1 = (2^(R/(alpha*bt))-1)/g0; %Nguong cua X1 b = beta + omega1*phi; u = sqrt((m1*m2*Omega)/(phi*l1*l2)); tong1 = 0; for k=0:m2-1 tong2 = 0; for j=0:m1-1 tp1 = exp(-(m1*b)/(l1*phi))/prod(factorial([k j m1-1-j])); tp2 = power(m1,m1+k-j-1)*power(m2*Omega,k)*power(b,m1-j-1); tp3 = power(l2,k)*power(l1*phi,m1+k-j-1); tp4 = power(u,j-k+1)*besselk(j-k+1,2*u); tong2 = tong2 + (tp1*tp4*tp2)/tp3; end tong1 = tong1 + tong2; end Pouta = (1-2*tong1)^N; end CODE so sánh xác suất dừng theo hệ số FADING m Chương trình clc; Tìm Hiểu Và Đề Xuất Giao Thức Mới Cho Mạng Chuyển Tiếp Truyền Năng Lượng Vô Tuyến Bằng Kỹ Thuật DF ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 54/57 clear all; R = 2; eth = 10; e0 = 10.^(eth./10); %energy threshold bt = 1; %block time N = 3; %number of relay gtdB = 0:30; gt = 10.^(gtdB./10); gtdB1 = 20; gt1 = 10^(gtdB1/10); %transmit SNR alpha = 0.01:2*10^(-2):0.99; alpha1 = 0.5; eta = 0.01:2*10^(-2):0.99; eta1 = 1; d1 = 0.01:2*10^(-2):0.99; d11 = 1; d2 = - d1; d21 = - d11; theta = [2 2]; nol = 10^6; epsilon = 0.6; m1 = 1:6; m2 = 1:2:5; a = (1-epsilon).*eta1.*alpha1./(1-alpha1); gth2 = 2.^(R/((1-alpha1)*bt))-1; %threshold SNR of D % % Calcultate OP vs m1&m2 for i=1:length(m2) for j=1:length(m1) Poutm_the(i,j) = Pout_the(m1(j),m2(i),theta,gth2,gt1,e0,d11,d21,N,eta1,alpha1,bt,R); Poutm_sim(i,j) = Pout_sim(m1(j),m2(i),theta,gth2,gt1,e0,d11,d21,nol,N,eta1,alpha1,bt,R); end end % % Calcultate Throughput vs d Tìm Hiểu Và Đề Xuất Giao Thức Mới Cho Mạng Chuyển Tiếp Truyền Năng Lượng Vô Tuyến Bằng Kỹ Thuật DF ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 55/57 tm_the = ((1-Poutm_the).*R.*(1-alpha1)); tm_sim = ((1-Poutm_sim).*R.*(1alpha1)); figure(1); semilogy(m1,Poutm_the(1,:),'k',m1,Poutm_sim(1,:),'ro',m1,Poutm_sim(2,:),'rd',m1, Poutm_sim(3,:),'rp', m1,Poutm_the(2,:),'k',m1,Poutm_the(3,:),'k','linewidth',2); grid on; title('Outage Probability'); xlabel('m1'); ylabel('OP'); legend('ana', 'm2 = 1', 'm2 = 3', 'm2 = 5'); FUNCTION Pout tính theo MƠ PHỎNG m function Pouta = Pout_sim(m1,m2,theta,gth,g0,e0,d1,d2,nol,N,eta,alpha,bt,R) l1 = d1.^(theta(1)); l2 = d2.^(theta(2)); beta = e0/((1-alpha)*bt); phi = eta.*alpha.*g0/(1-alpha); omega1 = (2.^(R/(alpha*bt))-1)/g0; %Nguong cua X1 X1 = gamrnd(m1,1/m1,N,nol)/l1; %create N channel power gains of hop X2 = gamrnd(m2,1/m2,N,nol)/l2; %channel power gains of hop eps = omega1./X1; ge2e = (phi.*(1 - eps).*X1 - beta).*X2; ge2e_max = max(ge2e,[],1); Tìm Hiểu Và Đề Xuất Giao Thức Mới Cho Mạng Chuyển Tiếp Truyền Năng Lượng Vô Tuyến Bằng Kỹ Thuật DF ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 56/57 Pouta= - size(ge2e(ge2e_max > gth),2)/nol; end FUNCTION Pout tính theo LÝ THUYẾT m function Pouta = Pout_the(m1,m2,theta,Omega,g0,e0,d1,d2,N,eta,alpha,bt,R) l1 = d1^(-theta(1)); l2 = (d2)^(-theta(2)); beta = e0/((1-alpha)*bt); phi = eta*alpha*g0/(1-alpha); omega1 = (2^(R/(alpha*bt))-1)/g0; %Nguong cua X1 b = beta + omega1*phi; u = sqrt((m1*m2*Omega)/(phi*l1*l2)); tong1 = 0; for k=0:m2-1 tong2 = 0; for j=0:m1-1 tp1 = exp(-(m1*b)/(l1*phi))/prod(factorial([k j m1-1-j])); tp2 = power(m1,m1+k-j-1)*power(m2*Omega,k)*power(b,m1-j-1); tp3 = power(l2,k)*power(l1*phi,m1+k-j-1); tp4 = power(u,j-k+1)*besselk(j-k+1,2*u); tong2 = tong2 + (tp1*tp4*tp2)/tp3; end tong1 = tong1 + tong2; end Pouta = (1-2*tong1)^N; end Tìm Hiểu Và Đề Xuất Giao Thức Mới Cho Mạng Chuyển Tiếp Truyền Năng Lượng Vô Tuyến Bằng Kỹ Thuật DF ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 57/57 Tìm Hiểu Và Đề Xuất Giao Thức Mới Cho Mạng Chuyển Tiếp Truyền Năng Lượng Vô Tuyến Bằng Kỹ Thuật DF ... kết Tìm Hiểu Và Đề Xuất Giao Thức Mới Cho Mạng Chuyển Tiếp Truyền Năng Lượng Vô Tuyến Bằng Kỹ Thuật DF ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 4/57 CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ MẠNG VÔ TUYẾN CHUYỂN TIẾP VÀ TRUYỀN NĂNG LƯỢNG... lỏng giả định phiên DF chuyển tiếp DF cố định [11,12] nghiên cứu Trong kỹ thuật DF Tìm Hiểu Và Đề Xuất Giao Thức Mới Cho Mạng Chuyển Tiếp Truyền Năng Lượng Vô Tuyến Bằng Kỹ Thuật DF ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP... gốc 1.1.4 Mạng vơ tuyến Tìm Hiểu Và Đề Xuất Giao Thức Mới Cho Mạng Chuyển Tiếp Truyền Năng Lượng Vô Tuyến Bằng Kỹ Thuật DF ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 9/57 1.1.1.1 Khái niệm Mạng vô tuyến (mạng không