Phân tích xác suất dừng hệ thống chuyển tiếp hai chiều sử dụng công nghệ thu thập năng lượng từ nguồn phát

Bài viết này nghiên cứu mạng chuyển tiếp hai chiều sử dụng kỹ thuật thu thập năng lượng từ nguồn phát năng lượng. Các nút mạng không có năng lượng lưu trữ mà sử dụng năng lượng thu thập từ nguồn phát năng lượng để cung cấp cho các hoạt động truyền phát.

Nguyễn Anh Tuấn, Trần Thiên Thanh, Võ Nguyễn Quốc Bảo PHÂN TÍCH XÁC SUẤT DỪNG HỆ THỐNG CHUYỂN TIẾP HAI CHIỀU SỬ DỤNG CÔNG NGHỆ THU THẬP NĂNG LƯỢNG TỪ NGUỒN PHÁT Nguyễn Anh Tuấn*, Trần Thiên Thanh**, Võ Nguyễn Quốc Bảo# * Cục Tần số vô tuyến điện-Bộ Thông tin Truyền thông **Trường Đại Học Giao Thông Vận Tải TP Hồ Chí Minh # Học viện Cơng nghệ Bưu Viễn thơng Tóm tắt- Bài báo nghiên cứu mạng chuyển tiếp hai chiều sử dụng kỹ thuật thu thập lượng từ nguồn phát lượng Các nút mạng khơng có lượng lưu trữ mà sử dụng lượng thu thập từ nguồn phát lượng để cung cấp cho hoạt động truyền phát Chúng tơi đề xuất phương pháp để phân tích xác suất dừng xác hệ thống biểu diễn dạng tường minh Kết mô xác nhận tính xác kết phân tích vị trí nguồn phát nút chuyển tiếp ảnh hưởng lớn đến hiệu hệ thống Từ khóa- chuyển tiếp hai chiều, fading Rayleigh, thu thập lượng vô tuyến, nguồn phát lượng I GIỚI THIỆU Trong năm gần đây, công nghệ thu thập lượng hướng nghiên cứu sôi động nhóm nghiên cứu giới quan tâm [1-3] phần công nghệ truyền thông xanh [4-7] Bên cạnh thu thập lượng từ nguồn tự nhiên ví dụ gió, thủy triều, ánh sáng mặt trời, thu thập lượng từ sóng vơ tuyến có nhiều ưu điểm tính ổn định, chủ động, dễ dàng áp dụng cho mạng thông tin vô tuyến [810] Công nghệ thu thập lượng vô tuyến cho phép nút mạng thu lượng bên cạnh thơng tin từ tín hiệu vơ tuyến để chuyển đổi thành lượng phục vụ cho hoạt động truyền phát mạng [11, 12] Công nghệ này cho phép kéo dài thời gian hoạt động nút mạng vô tuyến nút mạng không cấp nguồn chỗ, đặc biệt hữu dụng cho mạng cảm biến không dây Hiện này, có hai kiến trúc trúc thu thập lượng vơ tuyến, (i) thu thập lượng phân chia theo thời gian (ii) thu thập lượng phân chia theo công suất [12] Cho đến nay, có nhiều nghiên cứu nhằm cải thiện hiệu vùng phủ sóng mạng thu thập lượng, ví dụ như: [13] đề xuất phương pháp phân tích hiệu mạng chuyển tiếp thu thập lượng, [14] đề xuất phương pháp phân tích hiệu dựa chuỗi Taylor cho mạng chuyển tiếp có lựa chọn nút chuyển tiếp, [15] đề xuất phương pháp phân tích hiệu cho mạng Multi-Input Multi-Output chuyển tiếp thu thập lượng thu thập lượng, [16] khảo sát ảnh hưởng kênh truyền khơng hồn hảo lựa chọn nút chuyển tiếp mạng chuyển tiếp thu thập lượng, [17, 18] áp dụng kỹ thuật distributed switch-and-stay cho mang chuyển tiếp thu thu thập lượng, [19] tận dụng kênh truyền trực tiếp cho hệ thống chuyển tiếp đa người dùng sử dụng kỹ thuật SWIPT (Simultaneous Wireless Information and Power Transfer), [20] khảo sát hiệu mạng chuyển tiếp đa chặng theo cụm với kỹ thuật thu thập lượng, [21] khảo sát thông lượng mạng thu thập lượng có nguồn phát Bên cạnh kỹ thuật thu thập lượng, kỹ thuật chuyển tiếp kỹ thuật hiệu để mở rộng vùng phủ sóng mạng vơ tuyến, đặc biệt mạng vô tuyến thu thập lượng lượng thu thập mức mW [22-24] Trong kỹ thuật chuyển tiếp, chuyển tiếp hai chiều cho hiệu suất phổ tần cao [25, 26] Cho đến nay, kỹ thuật chuyển tiếp hai chiều xem xét cho nhiều công nghệ tiên tiến lớp vật lý, ví dụ vơ tuyến nhận thức [27-29], bảo mật lớp vật lý [30], song cơng [31], gói tin ngắn [32], điều chế không gian [33] Gần đây, kỹ thuật thu thập lượng áp dụng cho mạng chuyển tiếp hai chiều, ví dụ báo [34], [35], [36], [37] Cụ thể, [34], nhóm tác giả đánh giá hiệu hệ thống truyền chuyển tiếp hai chiều môi trường vô tuyến nhận thức với nút chuyển tiếp thu thâp lượng điều kiện suy giảm phần cứng Trong báo [35], Tutuncuoglu cộng đề xuất giao thức cho phép đa tổng thông lượng mạng chuyển tiếp hai chiều với giả sử nút mạng hoạt động dựa lượng Tác giả liên hệ: Nguyễn Anh Tuấn Email: natuan@rfd.gov.vn Đến tòa soạn: 16/4/2018, chỉnh sửa: 10/5/2018, chấp nhận đăng: 20/5/2018 SỐ 01 & 02 (CS.01) 2018 TẠP CHÍ KHOA HỌC CƠNG NGHỆ THƠNG TIN VÀ TRUYỀN THƠNG 29 PHÂN TÍCH XÁC SUẤT DỪNG HỆ THỐNG CHUYỂN TIẾP HAI CHIỀU … thu thập khơng có đêm Các kết phân tích báo kỹ thuật chuyển tiếp có ảnh hưởng đáng kể lên giao thức truyền tối ưu Bài báo [36] xem xét mạng chuyển tiếp hai chiều thu thập lượng vô tuyến với nút mạng không thu thập lượng nút mạng có sử dụng thu thập lượng Bài báo đề xuất giao thức truyền tối ưu dựa mơ hình thu thập lượng ngẫu nhiên Gần đây, báo [37] phân tích chất lượng hệ thống truyền chuyển tiếp DF hai chiều ba pha thời gian nút chuyển tiếp thu thập lượng từ tín hiệu vơ tuyến hai pha để chuyển đổi thành nguồn phát tín hiệu pha thời gian thứ ba Trong báo này, nhóm tác giả phân tích chất lượng hệ thống theo hai thông số xác suất dừng thông lượng Tuy nhiên, báo chưa đưa biểu thức dạng tường minh xác suất dừng toàn hệ thống Trong báo này, chúng tơi đề xuất mơ hình chuyển tiếp hai chiều sử dụng kỹ thuật giải mã chuyển tiếp sử dụng lượng thu thập với bốn khe thời gian Các nút mạng thu thập lượng từ nguồn phát lượng độc lập Chúng tơi phân tích biểu diễn xác suất dừng hệ thống kênh truyền fading Rayleigh dạng tường minh Các kết phân tích đóng góp quan trọng Các kết phân tích báo kết bước đầu để phân tích mơ hình phức tạp sử dụng chuyển tiếp hai chiều nhiều nguồn phát lượng Các phần báo bố cục sau Phần II Mơ hình hệ thống Phần III phân tích xác suất dừng xác hệ Phần IV trình bày kết mô Monte Carlo để kiểm chứng kết phân tích lý thuyết khảo sát đặc tính hệ thống Phần V phần kết luận báo lượng thu thập từ PB Mơ hình thực tế thường ứng dụng cho mạng cảm biến không dây với nút mạng thường dựa vào lượng thu thập để hoạt động Quá trình truyền lượng thông tin hệ thống diễn bốn khe thời gian có thời gian (1   )T (1   )T (1   )T là: T , , , với 3  hệ số phân chia thời gian với   (0,1) T thời gian truyền symbol chuẩn chế độ truyền trực tiếp Trong thực tế, giá trị  tham số hiệu quan trọng, chọn  để hiệu hệ thống tối ưu [41] [42] Trong khe thời gian thứ nhất, PB phát lương cho nút A, B, R Trong khe thời gian thứ 3, nút nguồn A B truyền thông tin nút chuyển tiếp R Trong khe thời gian cuối cũng, nút R chuyển tiếp thông tin nhận từ nút A (và B) nguồn B (và A) dùng giao thức giải mã chuyển tiếp Gọi h với  A,B,R,P hệ số kênh truyền từ  , ta có h  A,B,R có phân bố hàm mũ với giá trị trung bình XY xem xét hệ thống kênh truyền fading Rayleigh Xem xét khe thời gian thứ nhất, lượng thu thập nút A, B R từ PB sau: EA   PPBT hPA , (1) EB   PPBT hPB , (2) ER   PPBT hPR (3) với  hiệu thu thập lượng PPB cơng suất phát trung bình PB II MƠ HÌNH HỆ THỐNG PB (1   )T , ta tính cơng suất phát A, B, R sau: Xem xét khoảng thời gian A Phase Phase R B Phase PB  Phase Hình Hệ thống chuyển tiếp hai chiều thu thập lượng sử dụng kỹ thuật chuyển tiếp DF với nguồn phát lượng Hệ thống chuyển tiếp hai chiều thu thập lượng gồm hai nút nguồn (ký hiệu A B), nút chuyển tiếp (ký hiệu R) nút cung cấp lượng (ký hiệu PB) Giả sử nút A, B, R không trang bị nguồn lượng phải sử dụng SỐ 01 & 02 (CS.01) 2018 PA  3 PPB hPA 1 3 PPB hPA , (4) , (5) (6) 1 PR  3 PPB hPR 1 Khi đó, ta có tỷ số tín hiệu nhận R khe thời gian thứ sau: TẠP CHÍ KHOA HỌC CƠNG NGHỆ THƠNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG 30 Nguyễn Anh Tuấn, Trần Thiên Thanh, Võ Nguyễn Quốc Bảo  AR  PA hAR  BR  PA hBR 2  N0 N0 (7)  RB  N0 PA hAR  (8) N0 Sử dụng xác suất có điều kiện, ta viết  Pr   AR   th     Fh AR (9) hAR ( ) f h (10) Fh Trong phần này, chúng tơi phân tích xác suất dừng hệ thống kênh truyền fading Rayleigh Xem xét ba khe thời gian để truyền thông tin, hệ thống chuyển tiếp hai chiều sử dụng kỹ thuật giải mã chuyển tiếp bị dừng khe thời gian không đảm bảo tốc độ liệu mong muốn cho trước, Áp dụng định luật tổng xác suất, ta viết xác suất dừng hệ thống sau với  Pr  f ( AR )  , f ( BR )  , f ( R )  f ( )  f hAR 1 log (1   ) với   R tỷ số tín hiệu nhiễu tương đương khe thời gian thứ ( )  Pr( AR   th ) Pr( BR   th ) Pr  R   th    Pr  AR   th  Pr  BR   th  Pr  R   th  (13) 3R 1 với  th   dấu “=” (13) có sử dụng tính chất Pr  XY   th    Pr  XY   th  OP , ta cần tín tốn Pr  AR   th  , Pr  BR   th  Pr  R   th  Cụ thể ta viết lại (7) sau: (16) ( ) có dạng ( )  AR    exp     AR  (17)       th N     th     1  exp     AR 3 PPB    0  AP 1        exp   AP  d  AP AR  AP       th N  AP   exp     d AR 0 AP  AP  AR 3 PPB   AP 1    Sử dụng biến đổi (3.321.1) [44], ta (12) Pr   AR   th    th (1   ) N 3 PPB AR AP   th (1   ) N  2  3 P   PB AR AP  OP  Pr   AR   th   Pr  AR   th ) Pr( BR   th  SỐ 01 & 02 (CS.01) 2018 hAR (18) Từ (7), (8), (12), ta viết OP lại tính độc lập thống kê  AR ,  AR ,  R sau: Để tìm Thay F vào (15), ta AR, BR, R ;  R  min( RA ,  RB ) hAP    ( )   exp     AR  AR (11) Khi nút chuyển tiếp sử dụng kỹ thuật giải mã chuyển tiếp, ta viết [43] fh Pr   AR   ( ) hàm CDF hàm PDF III PHÂN TÍCH XÁC SUẤT DỪNG HỆ THỐNG , f ( BR )  (15) có dạng 3 PPB hPR hRB  1 N0  Pr  f ( AR )      th N    f h ( x)dx  3 PPB x  PA  1  PA AR OP  Pr  f ( AR )  AR với Fh 3 PPB hPR hRA , 1 N0    th    (14) Tương tự, ta có tỷ số tín hiệu nhiễu A B khe thời gian thứ sau PA hAR 2 3 PPB hPB hBR  1 N0 với N công suất nhiễu trắng máy thu  RA   3 P hPA hAR PB Pr   AR   th    Pr   1 N0  3 PPB hPA hAR , 1 N0 với    (19)  x  làm hàm Bessel điều chỉnh loại bậc [45] Từ (7) (8), ta nhận thấy  AR  BR có dạng, nên từ Pr  AR   th  , ta dễ dàng suy Pr  BR   th  sau: Pr   BR   th    th (1   ) N 3 PPB BR BP   th (1   ) N  2  3 P   PB BR BP     TẠP CHÍ KHOA HỌC CƠNG NGHỆ THƠNG TIN VÀ TRUYỀN THƠNG (20) 31 PHÂN TÍCH XÁC SUẤT DỪNG HỆ THỐNG CHUYỂN TIẾP HAI CHIỀU … Bây ta tìm Pr  R   th  cách xem xét  RA  RB (9) (10) nhận thấy  RA  RB tương quan với có thành phần chung hPR Do đó, áp dụng xác xuất có điều kiện, ta viết Pr  R   th  sau:  Pr  R   th    F R γPR ( th ) f γPR (γ PR )dγ PR (21) Nhắc lại (12), ta viết F R γPR ( th )   Pr  RA γPR   th ,  RB γPR   th  (22) Khi điều kiện γ PR ,  RA γ PR  RB γPR độc lập thống kê với nhau, nên ta viết lại (22) sau: F R γPR ( th )   Pr  RA γPR   th  Pr  RB γPR   th  Cuối, thay (19), (20) (27) vào (13), ta có kết dạng đóng xác suất dừng hệ thống kênh truyền fading Rayleigh V KẾT QUẢ MƠ PHỎNG Trong phần chúng tơi thực mô Monte Carlo để kiểm chứng kết lý thuyết phân tích phần khảo sát đặc tính hệ thống Để đơn giản, giả sử hệ thống đặt mặt phằng hai chiều nút nguồn A, B, R PB có tọa độ là: (0, 0), (1, 0), (0.5, 0), ( xPB , yPB ) ngoại trừ khai báo khác Với kênh truyền, sử dụng mơ hình suy hao đường truyền đơn giản để mơ hình hóa độ lợi kênh truyền trung bình, cụ thể   d  với d khoảng cách vật lý và  hệ số suy hao đường truyền có giá trị từ đến 6, với   Các tham số hệ thống có giá trị sau:   0.6 1 (23) Ở kênh fading Rayleigh, ta có   N (1   )   Pr   RA γ PR   th   Pr  hRA  th  3 PPB hPR     th N (1   )    exp    3 P  h  PB RA PR   (24) Tương tự, ta có   th N (1   ) Pr   RB γ PR   th   exp    3 P  h PB RB PR    (25)   Kết hợp (22), (23), (24), (25), ta có Hình Xác suất dừng hệ thống theo PPB : ảnh hưởng  với ( xPB , yPB )  (0.5,1) d AR  0.5     N (1   )    th N (1   )   Pr   R   th    1  exp   th  exp     P     PB RA PR   3 PPB RB PR   0     exp   PR  d  PR PR  PR  (26) với  PR  hPR Sử dụng lại biến đổi (3.321.1) [44], ta có   th (1   ) N Pr   R   th      PPB AR AP    th (1   ) N  2  3 PPB BR BP        th (1   ) N   PPB AR AP    th (1   ) N   3 PPB BR BP      Hình Xác suất dừng hệ thống theo  : ảnh hưởng PPB với ( xPB , yPB )  (0.5,1) d AR  0.5  th N (1   )  1     3 PPB PR  RA RB  2  1   N (1   )  1  th    3 PPB PR  RA RB      (27) SỐ 01 & 02 (CS.01) 2018 Hình khảo sát ảnh hướng hệ số  lên xác suất dừng hệ thống cách vẽ xác suất dừng hệ thống theo PPB Ta xem xét ba trường hợp hệ số  , 0.25, 0.5 0.75 Kết Hình giá trị hệ thống có giá trị xác suất dừng TẠP CHÍ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG 32 Nguyễn Anh Tuấn, Trần Thiên Thanh, Võ Nguyễn Quốc Bảo thấp   0.25 xác suất dừng lớn   0.75 Bên cạnh đó, kết lý thuyết kết mơ trùng khít nhau, xác nhận phương pháp phân tích xác suất dừng phân đắn Để hiểu rõ ảnh hưởng giá trị  , ta vẽ xác suất dừng hệ thống theo  với ba trường hợp PPB Hình Từ Hình ta thấy rằng, xác suất dừng hệ thống phụ thuộc mạnh vào giá trị  Khi giá trị  lớn 0.7, hệ thống hồn tồn bị dừng, nghĩa thời gian không đủ để truyền liệu theo tốc độ mong muốn Hình tồn giá trị  tối ưu làm cho xác suất dừng hệ thống nhỏ Kết phân tích Hình giá trị  tối ưu không phụ thuộc vào PPB cho giá trị 0.31 thu thập nút chuyển tiếp cải thiện hiệu hệ thống cách kể Tuy nhiên, giá trị tối ưu  lại khơng phụ thuộc vào vị trí PB Hình Hình trường hợp, xác suất dừng hệ thống nhỏ   0.31 Hình Xác suất dừng hệ thống theo  : ảnh hưởng vị trí R với ( xPB , yPB )  (0.5,1)   0.3 Hình Xác suất dừng hệ thống theo PPB : ảnh hưởng vị trí PB với   0.3 d AR  0.5 Trong Hình 7, chúng tơi khảo sát ảnh hưởng vị trí nút chuyển tiếp R lên hiệu hệ thống Giả sử R nằm đường thẳng kết nối nút nguồn A B khoảng cách nguồn A B chuẩn hóa 1, xem xét trường hợp tiêu biểu R, cụ thể R gần nguồn A tọa độ (0.1, 0), R gần nguồn B tọa độ (0.5, 0), R nằm nguồn A nguồn B tọa độ (0.8, 0) Tương tự mạng chuyển tiếp hai chiều truyền thống, nút nguồn nằm nguồn A nguồn B cho xác suất dừng hệ thống thấp nhất, trường hợp nút chuyển tiếp nằm gần nguồn B cuối trường hợp nút chuyển tiếp nằm gần nguồn A Các kết đạt hợp lý với kết phân tích mong đợi dễ dàng lý giải cách vận dụng hiệu ứng suy hao đường truyền Hình Xác suất dừng hệ thống theo  : ảnh hưởng vị trí PB với PPB  10 dB d AR  0.5 Trong Hình 4, ta khảo sát ảnh hưởng vị trí PB lên xác suất dừng hệ thống Ta xem xét ba vị trí tiêu biểu PB bao gồm: Trường hợp 1: PB gần nguồn A tọa độ (0, 0.3), Trường hợp 2: PB gần nút chuyển tiếp R tọa độ (0.5, 0.3), Trường hợp 3: PB gần nút nguồn B tọa độ (1, 0.3) Ta thấy Trường hợp cho xác suất dừng tốt Trường hợp 3, Trường hợp cho xác suất dừng tốt Trường hợp Hay nói khác, cải thiện lượng SỐ 01 & 02 (CS.01) 2018 Hình Xác suất dừng hệ thống theo  : ảnh hưởng vị trí R với ( xPB , yPB )  (0.5,1) PPB  10 dB Trong Hình 7, lại khẳng định lần hệ thống bị dừng nên giá trị  lớn giá trị tối ưu  không phụ thuộc vào vị trí nút TẠP CHÍ KHOA HỌC CƠNG NGHỆ THƠNG TIN VÀ TRUYỀN THƠNG 33 PHÂN TÍCH XÁC SUẤT DỪNG HỆ THỐNG CHUYỂN TIẾP HAI CHIỀU … chuyển tiếp ba trường hợp mà khảo sát Trong phạm vi báo này, chưa tìm dạng đóng giá trị  tối ưu, nhiên kết đạt báo sở quan trọng để chúng tơi tìm tòi phân tích giá trị  tối ưu [7] [8] V KẾT LUẬN Trong báo này, chúng tơi đề xuất mơ hình chuyển tiếp hai chiều giải mã chuyển tiếp với nút cung cấp lượng Chúng tơi phân tích xác suất dừng hệ thống kênh truyền fading Rayleigh sử dụng mơ Monte Carlo để kiểm chứng tính xác phương pháp phân tích đề xuất Các kết mô giá trị  tối ưu khơng phụ thuộc vào vị trí PB R hiệu hệ thống cải thiện tốt PB đặt gần nút chuyển tiếp [9] [10] LỜI CẢM ƠN Nghiên cứu tài trợ Quỹ Phát triển khoa học công nghệ Quốc gia (NAFOSTED) đề tài mã số 102.04-2014.32 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] A A Nasir, Z Xiangyun, S Durrani, and R A Kennedy, "Relaying Protocols for Wireless Energy Harvesting and Information Processing," Wireless Communications, IEEE Transactions on, vol 12, no 7, pp 3622-3636, 2013 [2] N Zlatanov, R Schober, and Z HadziVelkov, "Asymptotically Optimal Power Allocation for Energy Harvesting Communication Networks," IEEE Transactions on Vehicular Technology, vol PP, no 99, pp 1-1, 2017 [3] V D Nguyen, T Q Duong, H D Tuan, O S Shin, and H V Poor, "Spectral and Energy Efficiencies in Full-Duplex Wireless Information and Power Transfer," IEEE Transactions on Communications, vol PP, no 99, pp 1-1, 2017 [4] X Huang, T Han, and N Ansari, "On Green Energy Powered Cognitive Radio Networks," Communications Surveys & Tutorials, IEEE, vol PP, no 99, pp 1-1, 2015 [5] M Yuyi, L Yaming, Z Jun, and K B Letaief, "Energy harvesting small cell networks: feasibility, deployment, and operation," Communications Magazine, IEEE, vol 53, no 6, pp 94-101, 2015 [6] S A Raza Zaidi, A Afzal, M Hafeez, M Ghogho, D C McLernon, and A Swami, "Solar energy empowered 5G cognitive metro-cellular networks," Communications Magazine, IEEE, vol 53, no 7, pp 70-77, 2015 SỐ 01 & 02 (CS.01) 2018 [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] Y Zou, J Zhu, and R Zhang, "Exploiting Network Cooperation in Green Wireless Communication," Communications, IEEE Transactions on, vol PP, no 99, pp 1-12, 2013 Z Ding et al., "Application of smart antenna technologies in simultaneous wireless information and power transfer," Communications Magazine, IEEE, vol 53, no 4, pp 86-93, 2015 I Krikidis, S Timotheou, S Nikolaou, Z Gan, D W K Ng, and R Schober, "Simultaneous wireless information and power transfer in modern communication systems," Communications Magazine, IEEE, vol 52, no 11, pp 104-110, 2014 L Xiao, P Wang, D Niyato, D Kim, and Z Han, "Wireless Networks with RF Energy Harvesting: A Contemporary Survey," IEEE Communications Surveys & Tutorials, vol PP, no 99, pp 1-1, 2015 L Liu, R Zhang, and K C Chua, "Wireless Information and Power Transfer: A Dynamic Power Splitting Approach," IEEE Transactions on Communications, vol 61, no 9, pp 3990-4001, 2013 X Zhou, R Zhang, and C K Ho, "Wireless Information and Power Transfer: Architecture Design and Rate-Energy Tradeoff," Communications, IEEE Transactions on, vol 61, no 11, pp 47544767, 2013 A A Nasir, Z Xiangyun, S Durrani, and R A Kennedy, "Relaying Protocols for Wireless Energy Harvesting and Information Processing," IEEE Transactions on Wireless Communications, vol 12, no 7, pp 36223636, 2013 N Do, V Bao, and B An, "Outage Performance Analysis of Relay Selection Schemes in Wireless Energy Harvesting Cooperative Networks over Non-Identical Rayleigh Fading Channels," Sensors, vol 16, no 3, p 295, 2016 N A Tuan, V N Q Bao, and L Q Cường, "A New Derivation Approach for Simultaneous Wireless Information and Power Transfer for MIMO Dual-Hop Relay Networks," Journal of Science and Technology on Information and Communications, no 1, pp 50-56%V 1, 2017-09-19 2017 V N Q Bao and N A Tuấn, "Effect of imperfect CSI on wirelessly powered transfer incremental relaying networks," Journal of Science and Technology on Information and Communications, no 3-4, pp 48-57%V 1, 2017-04-11 2017 Q N Le, N T Do, V N Q Bao, and B An, "Full-duplex distributed switch-and-stay networks with wireless energy harvesting: design and outage analysis," EURASIP TẠP CHÍ KHOA HỌC CƠNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG 34 Nguyễn Anh Tuấn, Trần Thiên Thanh, Võ Nguyễn Quốc Bảo [18] [19] [20] [21] [22] [23] [24] [25] [26] [27] Journal on Wireless Communications and Networking, journal article vol 2016, no 1, p 285, December 15 2016 Q N Le, V N Q Bao, and B An, "Fullduplex distributed switch-and-stay energy harvesting selection relaying networks with imperfect CSI: Design and outage analysis," Journal of Communications and Networks, vol 20, no 1, pp 29-46, 2018 N T Do, D B da Costa, T Q Duong, V N Q Bao, and B An, "Exploiting Direct Links in Multiuser Multirelay SWIPT Cooperative Networks With Opportunistic Scheduling," IEEE Transactions on Wireless Communications, vol 16, no 8, pp 54105427, 2017 N T Van, T N Do, V N Q Bao, and B An, "Performance Analysis of Wireless Energy Harvesting Multihop Cluster-Based Networks Over Nakagami- ${m}$ Fading Channels," IEEE Access, vol 6, pp 30683084, 2018 N P Le, "Throughput Analysis of PowerBeacon-Assisted Energy Harvesting Wireless Systems Over Non-Identical Nakagami- ${m}$ Fading Channels," IEEE Communications Letters, vol 22, no 4, pp 840-843, 2018 C R Valenta and G D Durgin, "Harvesting Wireless Power: Survey of Energy-Harvester Conversion Efficiency in Far-Field, Wireless Power Transfer Systems," Microwave Magazine, IEEE, vol 15, no 4, pp 108-120, 2014 A Costanzo and D Masotti, "Smart Solutions in Smart Spaces: Getting the Most from Far-Field Wireless Power Transfer," IEEE Microwave Magazine, vol 17, no 5, pp 30-45, 2016 Y Liu, Z Ding, M Elkashlan, and H V Poor, "Cooperative non-orthogonal multiple access with simultaneous wireless information and power transfer," IEEE Journal on Selected Areas in Communications, vol 34, no 4, pp 938-953, 2016 B Rankov and A Wittneben, "Achievable rate regions for the two-way relay channel," in Information Theory, 2006 IEEE International Symposium on, 2006, pp 16681672: IEEE P Popovski and H Yomo, "Physical Network Coding in Two-Way Wireless Relay Channels," in Communications, 2007 ICC '07 IEEE International Conference on, 2007, pp 707-712 H V Toan and V N Q Bao, "Opportunistic relaying for cognitive two-way network with multiple primary receivers over Nakagami-m fading," in 2016 International Conference on SỐ 01 & 02 (CS.01) 2018 [28] [29] [30] [31] [32] [33] [34] [35] [36] [37] [38] Advanced Technologies for Communications (ATC), 2016, pp 141-146 H V Toan, V N Q Bao, and K N Le, "Performance analysis of cognitive underlay two-way relay networks with interference and imperfect channel state information," EURASIP Journal on Wireless Communications and Networking, journal article vol 2018, no 1, p 53, March 06 2018 T H Van, B Vo-Nguyen, and N.-L Hung, "Cognitive Two-Way Relay Systems with Multiple Primary Receivers: Exact and Asymptotic Outage Formulation," (in En), IET Communications, 2017 F Jameel, S Wyne, and Z Ding, "Secure Communications in Three-step Two-way Energy Harvesting DF Relaying," IEEE Communications Letters, vol PP, no 99, pp 1-1, 2017 Z Zhang, Z Ma, Z Ding, M Xiao, and G Karagiannidis, "Full-Duplex Two-Way and One-Way Relaying: Average Rate, Outage Probability and Tradeoffs," IEEE Transactions on Wireless Communications, vol PP, no 99, pp 1-1, 2016 Y Gu, H Chen, Y Li, L Song, and B Vucetic, "Short-Packet Two-Way Amplifyand-Forward Relaying," IEEE Signal Processing Letters, vol 25, no 2, pp 263267, 2018 J Zhang, Q Li, K J Kim, Y Wang, X Ge, and J Zhang, "On the Performance of FullDuplex Two-Way Relay Channels With Spatial Modulation," IEEE Transactions on Communications, vol 64, no 12, pp 49664982, 2016 D K Nguyen, M Matthaiou, T Q Duong, and H Ochi, "RF energy harvesting two-way cognitive DF relaying with transceiver impairments," in IEEE International Conference on Communication Workshop (ICCW), 2015, no Jun , pp 1970-1975 K Tutuncuoglu, B Varan, and A Yener, "Throughput Maximization for Two-Way Relay Channels With Energy Harvesting Nodes: The Impact of Relaying Strategies," Communications, IEEE Transactions on, vol 63, no 6, pp 2081-2093, 2015 W Li, M L Ku, Y Chen, K J R Liu, and S Zhu, "Performance Analysis for Two-Way Network-Coded Dual-Relay Networks with Stochastic Energy Harvesting," IEEE Transactions on Wireless Communications, vol PP, no 99, pp 1-1, 2017 N T P Van, S F Hasan, X Gui, S Mukhopadhyay, and H Tran, "Three-Step Two-Way Decode and Forward Relay With Energy Harvesting," IEEE Communications Letters, vol 21, no 4, pp 857-860, 2017 R Boris and W Armin, "Spectral efficient protocols for half-duplex fading relay TẠP CHÍ KHOA HỌC CƠNG NGHỆ THƠNG TIN VÀ TRUYỀN THƠNG 35 PHÂN TÍCH XÁC SUẤT DỪNG HỆ THỐNG CHUYỂN TIẾP HAI CHIỀU … [39] [40] [41] [42] [43] [44] [45] channels," Selected Areas in Communications, IEEE Journal on, vol 25, no 2, pp 379-389, 2007 S Atapattu, J Yindi, J Hai, and C Tellambura, "Relay Selection Schemes and Performance Analysis Approximations for Two-Way Networks," Communications, IEEE Transactions on, vol 61, no 3, pp 987-998, 2013 K Hwang, M Ju, and M Alouini, "Outage Performance of Opportunistic Two-Way Amplify-and-Forward Relaying with Outdated Channel State Information," Communications, IEEE Transactions on, vol PP, no 99, pp 1-10, 2013 I Krikidis, Z Gan, and B Ottersten, "Harvest-use cooperative networks with half/full-duplex relaying," in Wireless Communications and Networking Conference (WCNC), 2013 IEEE, 2013, pp 4256-4260 T T Thanh and V N Quoc Bao, "Wirelessly Energy Harvesting DF Dual-hop Relaying Networks: Optimal Time Splitting Ratio and Performance Analysis," Journal of Science and Technology: Issue on Information and Communications Technology, no 2, pp 16-20%V 3, 2017-1231 2017 B Vo Nguyen Quoc and K Hyung Yun, "Error probability performance for multi-hop decode-and-forward relaying over Rayleigh fading channels," in Advanced Communication Technology, 2009 ICACT 2009 11th International Conference on, 2009, vol 03, pp 1512-1516 I S Gradshteyn, I M Ryzhik, A Jeffrey, and D Zwillinger, Table of integrals, series and products, 7th ed Amsterdam ; Boston: Elsevier, 2007, pp xlv, 1171 p M Abramowitz, I A Stegun, and Knovel (Firm) (1972) Handbook of mathematical functions with formulas, graphs, and mathematical tables (10th printing, with corrections ed.) Available: http://www.convertit.com/Go/GovCon/Refer ence/AMS55.ASP?Res=200&Page=-1 EXACT CLOSED-FORM EXPRESSION OUTAGE PROBABILITY OF DECODE-ANDFORWARD TWO-WAY RELAYING SYSTEM WITH POWER-BEACON-ASSISTED ENERGY HARVESTING Abstract: This paper investigates two-way decodeand-forward relay networks with power beacon assisted energy harvesting All nodes are assumed to have limited power supply and harevest energy from RF signals to support operation We propose a new derivation approach to obtain the exact close form of system outage probability over Rayleigh fading channels Monte Carlo simulations are used to verify SỐ 01 & 02 (CS.01) 2018 the corerectness of the analysis results and pointing out that the positions of power beacon and relay have significant effecton on the system performance Keywords- relaying, two-way relaying, fading Rayleigh, energy harvesting, power beacon Nguyễn Anh Tuấn nhận kỹ sư thạc sĩ Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội năm 2002 năm 2006 ThS Tuấn công tác Cục Tần Số Vô Tuyến Điện – Bộ Thông tin Truyền thông nghiên cứu sinh Học Viện Công Nghệ Bưu Chính Viễn Thơng Hướng nghiên cứu quan tâm bao gồm: thông tin vô tuyến, quy hoạch tần số, kỹ thuật thu thập lượng vô tuyến, phân tích hiệu mạng vơ tuyến Trần Thiên Thanh giảng viên thuộc Khoa Công nghệ Thông tin, trường Đại học Giao thông Vận tải HCM, nhận Tiến sĩ vào năm 2016 Trường Đại học Bách Khoa HCM Hướng nghiên cứu tập trung vào kỹ thuật tiên tiến cho mạng 5G bao gồm NOMA, thu thập lượng vô tuyến, bảo mật lớp vật lý Võ Nguyễn Quốc Bảo tốt nghiệp Tiến sĩ chuyên ngành vô tuyến Đại học Ulsan, Hàn Quốc vào năm 2010 Hiện nay, TS Bảo phó giáo sư Bộ Môn Vô Tuyến, Khoa Viễn Thông 2, Học Viện Cơng Nghệ Bưu Chính Viễn Thơng Cơ Sở Thành Phố Hồ Chí Minh đồng thời giám đốc phòng thí nghiệm nghiên cứu vơ tuyến(WCOMM) TS Bảo thành viên chủ chốt (senior member) IEEE tổng biên tập kỹ thuật tạp chí REV Journal on Electronics and Communication TS Bảo đồng thời biên tập viên (editor) nhiều tạp chí khoa học chun ngành uy tín ngồi nước, ví dụ: Transactions on Emerging Telecommunications Technologies (Wiley ETT), VNU Journal of Computer Science and Communication Engineering TS Bảo tham gia tổ chức nhiều hội nghị quốc gia quốc tế, ví dụ: ATC (2013, 2014), NAFOSTED-NICS (2014, 2015, 2016), REV-ECIT 2015, ComManTel (2014, 2015), SigComTel 2017 Hướng nghiên cứu quan tâm bao gồm: vô tuyến nhận thức, truyền thông hợp tác, truyền song công, bảo mật lớp vật lý thu thập lượng vô tuyến TẠP CHÍ KHOA HỌC CƠNG NGHỆ THƠNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG 36 ... thống chuyển tiếp hai chiều thu thập lượng sử dụng kỹ thu t chuyển tiếp DF với nguồn phát lượng Hệ thống chuyển tiếp hai chiều thu thập lượng gồm hai nút nguồn (ký hiệu A B), nút chuyển tiếp (ký... tiếp hai chiều sử dụng kỹ thu t giải mã chuyển tiếp sử dụng lượng thu thập với bốn khe thời gian Các nút mạng thu thập lượng từ nguồn phát lượng độc lập Chúng tơi phân tích biểu diễn xác suất dừng. .. đây, báo [37] phân tích chất lượng hệ thống truyền chuyển tiếp DF hai chiều ba pha thời gian nút chuyển tiếp thu thập lượng từ tín hiệu vơ tuyến hai pha để chuyển đổi thành nguồn phát tín hiệu