Phân tích chất lượng mô hình truyền thông đa chặng (multi hop) kết hợp mã không gian thời gian alamouti trên kênh truyền fading rayleigh

Đại Học Quốc Gia Tp Hồ Chí Minh TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA NGUYỄN THỊ BÉ TÁM PHÂN TÍCH CHẤT LƯỢNG MƠ HÌNH TRUYỀN THƠNG ĐA CHẶNG (MULTI-HOP) KẾT HỢP MÃ KHÔNG GIAN THỜI GIAN ALAMOUTI TRÊN KÊNH TRUYỀN FADING RAYLEIGH Chuyên ngành : Kỹ Thuật Điện Tử LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH, tháng 12 năm 2010 CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH Cán hướng dẫn khoa học :.TS Đỗ Hồng Tuấn (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị chữ ký) Cán chấm nhận xét :TS Phạm Hồng Liên (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị chữ ký) Cán chấm nhận xét : TS Đặng Thành Tín (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị chữ ký) Luận văn thạc sĩ bảo vệ Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG TP HCM ngày 04 tháng 01 năm 2011 Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ) PGS.TS Phạm Hồng Liên TS.Đỗ Hồng Tuấn TS Lê Chí Thơng TS Nguyễn Minh Hoàng TS Lưu Thanh Trà Xác nhận Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV Bộ môn quản lý chuyên ngành sau luận văn sửa chữa (nếu có) Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV Bộ môn quản lý chuyên ngành TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc Tp HCM, ngày tháng năm NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: NGUYỄN THỊ BÉ TÁM Phái: Nữ Ngày, tháng, năm sinh: 24/04/1980 Nơi sinh: TP HCM Chuyên ngành: Kỹ Thuật Điện Tử MSHV: 09140022 I- TÊN ĐỀ TÀI: Phân tích chất lượng mơ hình truyền thơng đa chặng (multi-hop) kết hợp mã không gian thời gian Alamouti kênh truyền fading Rayleigh II- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: Đề xuất mơ hình truyền đa chặng kết hợp mã không gian thời gian Alamouti kênh truyền fading Rayleigh Xây dựng công thức đánh giá chất lượng hệ thống đề xuất như: xác suất dừng hệ thống, xác suất lỗi bit, xác suất lỗi ký tự sở toán xác suất Dùng Matlab mô thông số đánh giá chất lượng hệ thống tương ứng với mơ đề xuất So sánh kết mô với kết cơng thức tốn học xây dựng Từ cho thấy kết mơ hoàn toàn trùng khớp kết lý thuyết ưu điểm vượt trội kết hợp truyền đa chặng mã không gian thời gian Alamouti III- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 05/07/2010 IV- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 06/12/2010 V- CÁN BỘ HƯỚNG DẪN :TS ĐỖ HỒNG TUẤN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Học hàm, học vị, họ tên chữ ký) CN BỘ MÔN QL CHUYÊN NGÀNH LỜI CẢM ƠN Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến quý Thầy, Cơ trường Đại học Bách Khoa TP Hồ Chí Minh, đặc biệt Thầy, Cô Bộ Môn Viễn Thông - Khoa Điện Điện Tử tận tình giảng dạy thời gian em học trường Em xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến Tiến Sĩ Đỗ Hồng Tuấn tận tình hư ng d n, gi p đ , hỗ tr tài liệu đ nh hư ng nghi n c u gi p em hoàn thành đề tài Em xin gửi đến Thầy, Cơ lời kính ch c s c khỏe, hạnh ph c thành cơng! TP, Hồ Chí Minh tháng 12 năm 2010 Học Viên Nguyễn Thị Bé Tám Luận Văn Thạc Sĩ Ngành Kỹ Thuật Điện Tử TÓM TẮT Trong luận văn này, đề xuất khảo sát mơ hình kết hợp truyền thơng đa chặng kỹ thuật MIMO (sử dụng sơ đồ Alamouti) kênh truyền fading Rayleigh mà nút trung gian giải mã liệu mà nhận trước chuyển tiếp cho nút Luận văn gồm có chương, nội dung trình sau: Chương 1: Giới thiệu đề tài nghiên cứu luận văn Chương 2: Trình bày kiến thức liên quan trực tiếp đến đề tài Cụ thể kiến thức kênh truyền vô tuyến, điều chế, kỹ thuật xử lý tín hiệu nút chuyển tiếp, kỹ thuật phân tập mã không gian thời gian Chương 3: Đưa mơ hình hệ thống truyền thơng đa chặng kết hợp truyền Alamouti kênh truyền fading Rayleigh Phân tích mơ hình dựa mơ hình tốn xác suất để xây dựng cơng thức tốn thơng số đánh giá chất lượng kênh truyền như: Xác suất dừng hệ thống (Outage Probability), tỉ lệ lỗi bit (Bit Error rate), tỷ lệ lỗi symbol (Symbol Error rate), tỉ số tín hiệu nhiễu hệ thống (Signal to noise ratio) Chương 4: Trình bày kết phân tích, mơ thảo luận Chương 5: Đúc kết lại kết đạt từ luận văn hướng phát triển đề tài Cuối phần tài liệu tham khảo, phụ lục lý lịch khoa học học viên GVHD: TS ĐỖ HỒNG TUẤN HVTH: NGUYỄN THỊ BÉ TÁM Luận Văn Thạc Sĩ Ngành Kỹ Thuật Điện Tử MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH VẼ CHƯƠNG GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI 1.1 LÝ DO THỰC HIỆN ĐỀ TÀI 1.2 CÁC NGHIÊN CỨU LIÊN QUAN 1.3 PHÁT BIỂU BÀI TOÁN 1.4 NHỮNG GIẢ SỬ VÀ GIỚI HẠN PHẠM VI NGHIÊN CỨU 1.5 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU CHƯƠNG TỔNG QUAN 2.1 KÊNH TRUYỀN VÔ TUYẾN 2.1.1 Các tượng ảnh hưởng đến chất lượng kênh truyền vơ tuyến 2.1.2 Các mơ hình kênh truyền vô tuyến 12 2.2 ĐIỀU CHẾ 14 2.3 KỸ THUẬT XỬ LÝ TÍN HIỆU TẠI NÚT CHUYỂN TIẾP 16 2.3.1 Khuếch đại chuyển tiếp (Amplify and Forward) 16 2.3.2 Giải mã chuyển tiếp (Decode – and – Forward) 18 2.4 KỸ THUẬT PHÂN TẬP VÀ MÃ KHÔNG GIAN THỜI GIAN CHO HỆ THỐNG MIMO 19 2.4.1 Kỹ thuật phân tập 19 2.4.2 Sơ đồ truyền Alamouti với hai anten phát với M anten thu: 20 CHƯƠNG ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG HỆ THỐNG TRUYỀN THÔNG ĐA CHẶNG SỬ DỤNG CÔNG NGHỆ MIMO 26 3.1 MƠ HÌNH HỆ THỐNG 26 3.2 ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG HỆ THỐNG 30 3.2.1 Hàm phân bố xác suất (PDF) tỉ số tín hiệu nhiễu tương đương hệ thống 30 3.2.2 Xác suất dừng hệ thống (Outage Probability) 33 3.2.3 Xác suất lỗi bit (Bit Errror Probability) 34 3.2.4 Xác suất lỗi symbol (Average Symbol Error Rate) 37 CHƯƠNG KẾT QUẢ PHÂN TÍCH, MÔ PHỎNG VÀ THẢO LUẬN 39 4.1 THÔNG SỐ MÔ PHỎNG 39 4.2 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG 40 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 46 5.1 KẾT LUẬN 46 5.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 46 TÀI LIỆU THAM KHẢO 48 PHỤ LỤC 51 LÝ LỊCH KHOA HỌC CỦA HỌC VIÊN 52 GVHD: TS ĐỖ HỒNG TUẤN HVTH: NGUYỄN THỊ BÉ TÁM Trang Luận Văn Thạc Sĩ Ngành Kỹ Thuật Điện Tử DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1: Hiệu ứng Doppler 10 Hình 2: Biểu đồ chịm cho 8-PSK 15 Hình 3: Sơ đồ khối mã không gian thời gian Alamouti 20 Hình 4: Mơ hình mã Alamouti với anten phát anten thu 22 Hình 5: Mơ hình mã Alamouti với anten phát hai anten thu 24 Hình 6: Mơ hình hệ thống với K hops chuyển tiếp kết hơp truyền Alamouti 26 Hình 6: Mơ hình hệ thống với K hops chuyển tiếp kết hơp truyền Alamouti 26 Hình 7: Xác suất dừng hệ thống tương ứng với K, nR =1, γ th = 5,η = ,……… 40 Hình 8: Xác suất lỗi bit tương ứng với K, nR =1 BPSK, η = ………………… 41 Hình 9: Xác suất lỗi bit tương ứng M, nR = 2, K=4, η = ………………….… 42 Hình 10: Xác suất bit lỗi tương ứng với nR , K=4, QPSK, η = ,.……………… 43 Hình 11: Khảo sát số nút chuyển tiếp tối ưu tương ứng η , nR=2, Eb/N0=10dB 44 GVHD: TS ĐỖ HỒNG TUẤN HVTH: NGUYỄN THỊ BÉ TÁM Trang Luận Văn Thạc Sĩ Ngành Kỹ Thuật Điện Tử CHƯƠNG GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI 1.1 LÝ DO THỰC HIỆN ĐỀ TÀI Hiện nay, ngày có nhiều ứng dụng truyền thông môi trường vô tuyến phát triển mạnh mẽ, với yêu cầu đòi hỏi chất lượng dịch vụ ngày cao Một vấn đề quan trọng cần phải giải môi trường vô tuyến làm giảm tối thiểu bất ổn kênh fading Một kỹ thuật giải vấn đề cơng nghệ dùng hệ thống có nhiều anten thu nhiều anten phát (Multi-inputMulti-Output - MIMO) Nhiều nghiên cứu, ví dụ [1-6], công nghệ MIMO cung cấp dung lượng cao độ lợi phân tập Bên cạnh đó, truyền thơng đa chặng (multihop communications) kỹ thuật khả thi để giúp tế bào mạng không dây mở rộng vùng phủ sóng, nâng cao chất lượng dịch vụ (QoS – Quality of Service), gia tăng lực mạng lưới đạt chi phí hiệu tất mơ hình nêu [7-14] Ý tưởng thay truyền trực tiếp tín hiệu từ nút nguồn đến nút đích tín hiệu nút trung gian (ở nút nguồn nút đích) chuyển tiếp Hiện tại, IEEE 802.16j tiêu chuẩn công nghiệp sử dụng công nghệ [15, 16], tiêu chuẩn WiMAX phát triển, quy định cụ thể việc sử dụng kỹ thuật truyền đa chặng [15, 17, 18] Với ưu điểm nêu trên, việc kết hợp hai kỹ thuật MIMO truyền thông đa chặng tất yếu cho phép cải thiện chất lượng hệ thống vô tuyến GVHD: TS ĐỖ HỒNG TUẤN HVTH: NGUYỄN THỊ BÉ TÁM Trang Luận Văn Thạc Sĩ Ngành Kỹ Thuật Điện Tử 1.2 CÁC NGHIÊN CỨU LIÊN QUAN Chất lượng hệ thống dùng riêng rẽ công nghệ truyền thông đa chặng MIMO nghiên cứu nhiều Đơn cử, với hệ thống truyền thông đa chặng, Hasna cộng hoàn chỉnh lý thuyết phân tích cho hệ thống truyền thơng hai chặng đa chặng báo [7, 8, 19, 20] Sau đó, ơng giải trọn vẹn tốn phân bố cơng suất tối ưu cho hệ thống truyền thông đa chặng báo [21] Các kết nghiên cứu tiến sỹ Hasna chất lượng mạng truyền thông đa chặng phụ thuộc vào chặng yếu chất lượng mạng đạt tối ưu công suất phân bổ mạng tỷ lệ nghịch với cơng suất kênh truyền trung bình chặng Là công nghệ phát triển gần đồng thời, hệ thống MIMO thu hút nhiều nhà khoa học tập trung nghiên cứu cải tiến Có nhiều nhóm tập trung nghiên cứu đánh giá chất lượng hệ thống Tuy nhiên, tiêu biểu báo sau [1, 22-32] Cho đến nay, có nghiên cứu đề xuất kết hợp ưu điểm hai công nghệ nêu trên, tiêu biểu [33-35] Một cách cụ thể, báo [33], tác giả đề xuất mơ hình hệ thống truyền thông hai chặng kết hợp với mã khối không gian - thời gian trực giao (OSTBCs) cho phép mở rộng phạm vi phủ sóng phân phối lượng áp dụng cho hai giao thức khuếch đại-chuyển tiếp (AF) giải mã-chuyển tiếp-(DF) nút chuyển tiếp [33] Là nghiên cứu mở rộng [33], tác giả [34] thiết kế phân tích chất lượng hệ thống hai chặng kết hợp OSTBCs GVHD: TS ĐỖ HỒNG TUẤN HVTH: NGUYỄN THỊ BÉ TÁM Trang Luận Văn Thạc Sĩ Ngành Kỹ Thuật Điện Tử giả sử nút chuyển tiếp dùng anten Nói cách cụ thể, hệ thống kết hợp kỹ thuật chọn lựa anten phát kỹ thuật phân tập tối đa tỷ lệ kết hợp (MRC) máy thu Gần đây, Yang nghiên cứu cách tồn diện chất lượng hệ thống MIMO có ứng dụng kỹ thuật lựa chọn anten phát phân bố lượng ngẫu nhiên cho kênh fading có tương quan [35] hệ thống giữ độ lợi phân tập hệ thống MIMO phức tạp Tuy nhiên theo khảo sát kiến thức nay, hệ thống truyền thông đa chặng kết hợp kỹ thuật MIMO kênh truyền fading Rayleigh chưa đề cập Bên cạnh đó, chất lượng hệ thống thông số định chất lượng mạng câu hỏi chưa có câu trả lời 1.3 PHÁT BIỂU BÀI TOÁN Trong luận văn này, tơi đề xuất khảo sát mơ hình kết hợp truyền thông đa chặng kỹ thuật MIMO (sơ đồ Alamouti) kênh truyền fading Rayleigh mà nút trung gian giải mã liệu mà nhận trước chuyển tiếp cho nút Để thuận lợi cho việc nghiên cứu giảm số bước tính tốn, phương pháp xấp xỉ dùng để tính tốn thơng số chất lượng hệ thống (xác suất dừng hệ thống, tỷ lệ lỗi bit) thay phương pháp xác Nói cách cụ thể hơn, hệ thống truyền thông đa chặng sử dụng kỹ thuật giải mã chuyển tiếp, để tính xác tỷ lệ lỗi bit hệ thống, phải cân nhắc tất tình mà bit từ nút nguồn đến nút đích Phương pháp GVHD: TS ĐỖ HỒNG TUẤN HVTH: NGUYỄN THỊ BÉ TÁM Trang Luận Văn Thạc Sĩ Ngành Kỹ Thuật Điện Tử PS = − P (θ ∈ ΘC ) L −1 L −1 Li1 −1 LiK −1 −1 .= iK = ki1= i1 ≠ ≠ iK kiK −1= i1 iK −1 K π  π 1− ς Iυ  , − ; γ  = ∑ ∑ ∑ ( K − 1)! i1= = iK= ki1= M M  kiK −1= i1 ≠ ≠ iK = 1− ( K − 1)! i1= π K ∑ ∑ ∑ π  ,0; γ  M  ς Iυ  π  với = ΘC  , −  M M  GVHD: TS ĐỖ HỒNG TUẤN HVTH: NGUYỄN THỊ BÉ TÁM Trang 38 Luận Văn Thạc Sĩ Ngành Kỹ Thuật Điện Tử CHƯƠNG KẾT QUẢ PHÂN TÍCH, MÔ PHỎNG VÀ THẢO LUẬN 4.1 THÔNG SỐ MÔ PHỎNG Chúng ta xem xét mạng nhiều chặng nút chuyển tiếp bố trí đặt cách đường thẳng Khoảng cách có nút mạng độ lợi kênh truyền mơ hình hóa sau: γ k = K0 ( dk ) −η (4.1) K hệ số đặc trưng cho độ lợi anten, khuất bóng, v.v Để đơn giản, K chọn chương trình tính tốn lý thuyết mơ chương d k khoảng cách từ nút Tk −1 đến nút Tk η hệ số suy hao đặc trưng kênh truyền Đồng thời, để so sánh công với hệ thống truyền trực tiếp, tơi giả sử khoảng cách tồn nút mạng từ nút nguồn đến nút đích chuẩn hóa 1: K ∑d k =1 k =1 (4.2) Đồng thời, công suất phát anten phải chia tỷ lệ sau: Pk = PDT nT K (4.3) với PDT công suất phát nút nguồn trường hợp tín hiệu truyền thẳng đến nút đích GVHD: TS ĐỖ HỒNG TUẤN HVTH: NGUYỄN THỊ BÉ TÁM Trang 39 Luận Văn Thạc Sĩ Ngành Kỹ Thuật Điện Tử 4.2 KẾT QUẢ MƠ PHỎNG Hình 7: Xác suất dừng hệ thống tương ứng với K, nR =1, γ th = 5,η = Hình cho thấy mối liên hệ xác suất dừng hệ thống tương ứng với tỉ số tín hiệu nhiễu SNR trung bình (từ dB đến 20 dB), nR=1 tương ứng với số chặng khác (K=1, 2, 3, 4) Từ hình vẽ cho thấy, với giá trị tỉ lệ tín hiệu nhiễu, gia tăng số chặng chuyển tiếp dẫn tới xác suất dừng hệ thống giảm với giá trị xác dừng hệ thống K tăng SNR giảm Hay nói cách khác, với công suất phát (cùng giá trị SNR), hệ thống có có số chặng (K) tăng cho chất lượng tốt với chất lượng (cùng giá trị P0), hệ thống có số chặng GVHD: TS ĐỖ HỒNG TUẤN HVTH: NGUYỄN THỊ BÉ TÁM Trang 40 Luận Văn Thạc Sĩ Ngành Kỹ Thuật Điện Tử (K) tăng cần công suất phát nhỏ Cũng từ đồ thị, ta thấy kết tính tốn lý thuyết phù hợp kết mơ tồn khoảng SNR Hình 8: Xác suất lỗi bit tương ứng với K, nR=1 BPSK, η = Nhận xét: Trên đồ thị này, ta xét mối tương quan xác suất bit lỗi hệ thống tương ứng với SNRs, từ hình vẽ cho thấy xác suất bit lỗi giảm tăng số chặng chuyển tiếp Hay nói cách khác, giả sử kênh truyền có tổn hao khơng có độ trễ xử lý tín hiệu chặng chuyển tiếp, đạt tỷ lệ lỗi bit nhỏ tăng số chặng Hơn nữa, đường cong có độ dốc số lượng anten phát anten thu GVHD: TS ĐỖ HỒNG TUẤN HVTH: NGUYỄN THỊ BÉ TÁM Trang 41 Luận Văn Thạc Sĩ Ngành Kỹ Thuật Điện Tử nút mạng nhau, điều cho thấy độ phân tập không thay đổi tăng số lượng chặng chuyển tiếp BPSK &QPSK Hình 9: Xác suất lỗi bit tương ứng M, nR= 2, K=4, η = Nhận xét: Trong hình 9, ta xét xác suất bit lỗi hệ thống tương ứng mức điều chế khác M-PSK, ta thấy xác suất bit lỗi trung bình có giá trị điều chế BPSK & QPSK dùng mã Gray để ánh xạ ký tự - bit Khi điều chế mức cao hơn, BER tăng Ta thấy kết phân tích lý thuyết phù hợp kết mô GVHD: TS ĐỖ HỒNG TUẤN HVTH: NGUYỄN THỊ BÉ TÁM Trang 42 Luận Văn Thạc Sĩ Ngành Kỹ Thuật Điện Tử Hình 10: Xác suất bit lỗi tương ứng với nR, K=4, QPSK, η = Nhận xét: Trên hình 10, khảo sát số lượng anten thu tương ứng chất lượng hệ thống, cụ thể tỷ lệ lỗi bit Với hệ thống có số chặng, kiểu điều chế, hệ số suy hao, tăng số lượng anten thu độ lợi phân tập hệ thống tăng, chất lượng hệ thống cải thiện GVHD: TS ĐỖ HỒNG TUẤN HVTH: NGUYỄN THỊ BÉ TÁM Trang 43 Luận Văn Thạc Sĩ Ngành Kỹ Thuật Điện Tử Hình 11: Khảo sát số nút chuyển tiếp tối ưu tương ứng η , nR=2, Eb/N0=10dB Trên hình 11, khảo sát số chặng chuyển tiếp tối ưu cố định hiệu suất phổ tần (tức để so sánh công hệ thống sử dụng nhiều chặng hệ thống truyền trực tiếp có hiệu suất phổ tần ta phải tăng mức điều chế hệ thống đa chặng tỷ lệ theo số chặng, cụ thể hệ thống có K chặng dùng kiểu điều chế K -PSK) Kết cho thấy, điều kiện ràng buộc phổ tần, lúc tăng số chặng chuyển tiếp chất lượng hệ thống (tỷ lệ lỗi bit) tốt hơn, ví dụ hệ thống có η =6, số chặng tối ưu khảo sát (K=4) tương ứng kiểu điều chế 2K-PSK (16-PSK) GVHD: TS ĐỖ HỒNG TUẤN HVTH: NGUYỄN THỊ BÉ TÁM Trang 44 Luận Văn Thạc Sĩ Ngành Kỹ Thuật Điện Tử Như vậy, cố định hiệu suất phổ tần, số chặng tối ưu khơng phải lúc tăng mà hội tụ giá trị định đồng thời phụ thuộc chặt chẽ vào hệ số suy hao kênh truyền Như kết khảo sát hình 11, cho thấy số lượng chặng tối ưu 2, 2, 3, tương ứng cho kênh truyền có hệ số suy hao 2, 3, 4, Tóm lại, từ việc phân tích kết đạt hình 11, cho thấy ưu điểm hai công nghệ truyền đa chặng MIMO luôn bù đắp tổn thất mát hiệu suất phổ tần (khi tăng số chặng) mà số chặng hội tụ giá trị định (tối ưu) hiễn nhiên với hệ thống mà có số chặng tối ưu lúc cho chất lượng tốt hệ thống có chặng GVHD: TS ĐỖ HỒNG TUẤN HVTH: NGUYỄN THỊ BÉ TÁM Trang 45 Luận Văn Thạc Sĩ Ngành Kỹ Thuật Điện Tử CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 5.1 KẾT LUẬN Luận án có ý nghĩa khoa học cao đề xuất thành cơng phương pháp tính tốn chất lượng hệ thống truyền đa chặng có sử dụng mã khơng gian thời gian (Alamouti), đồng thời tận dụng ưu hai công nghệ: hệ thống nhiều chặng công suất phát nguồn nhỏ hệ thống có chặng đồng thời với công suất nguồn phát, hệ thống có nhiều chặng có chất lượng tốt Kết tính tốn lý thuyết từ cơng thức tốn học xây dựng chương hồn tồn trùng khớp với kết mơ phỏng, cho phép khảo sát hệ thống mà không cần tốn thời gian mô Kết rằng, điều kiện ràng buộc cố định hiệu suất phổ tần, việc tăng số chặng luôn tốt Đồng thời, hệ thống tồn số chặng tối ưu phụ thuộc chặt chẽ vào hệ số suy hao kênh truyền Mặc dù phần kết tính tốn cho mạng mà khoảng cách nút nhau, kết tính tốn lý thuyết đạt áp dụng cho trường hợp mà khoảng cách nút không 5.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI Do thời gian hạn chế, dùng việc đề xuất phương pháp mới, dựa việc xấp xỉ SNR toàn hệ thống SNR chặng yếu nhất, khảo sát chất GVHD: TS ĐỖ HỒNG TUẤN HVTH: NGUYỄN THỊ BÉ TÁM Trang 46 Luận Văn Thạc Sĩ Ngành Kỹ Thuật Điện Tử lượng hệ thống truyền đa chặng có sử dụng mã khơng gian thời gian Tuy nhiên, để hiểu rõ hệ thống, dựa kết đạt tới thời điểm này, sau hướng mà nghiên cứu tiếp tương lại gần: • Khảo sát hệ thống cho mơ hình kênh truyền khác Nakagami-m, Rician, v.v • Mở rộng cho kiểu điều chế khác, ví dụ MPAM MQAM • Khảo sát hệ thống trường hợp có sử dụng kỹ thuật điều chế thích ứng • Mở rộng hệ thống cho kiểu truyền mã khơng gian thời gian khác • Giải tốn phân bổ cơng suất tối ưu cho nút mạng • Xem xét chất lượng hệ thống kênh truyền anten nhận khơng hồn tồn độc lập với (có tính tương quan) mạng anten có phân bố cơng suất khơng đồng GVHD: TS ĐỖ HỒNG TUẤN HVTH: NGUYỄN THỊ BÉ TÁM Trang 47 Luận Văn Thạc Sĩ Ngành Kỹ Thuật Điện Tử TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] A Goldsmith, et al., "Capacity limits of MIMO channels," Selected Areas in Communications, IEEE Journal on, vol 21, pp 684-702, 2003 S Hyundong and L Jae Hong, "Capacity of multiple-antenna fading channels: spatial fading correlation, double scattering, and keyhole," Information Theory, IEEE Transactions on, vol 49, pp 2636-2647, 2003 A F Molisch and M Z Win, "MIMO systems with antenna selection," Microwave Magazine, IEEE, vol 5, pp 46-56, 2004 A B Gershman and N D Sidiropoulos, Space-time processing for MIMO communications Chichester: John Wiley, 2005 N C Beaulieu and Y Chen, "Sum-of-Squares and Sum-of-Amplitudes Antenna Selection for Correlated Alamouti MIMO," IEEE Communications Letters, vol 13, pp 911-913, 2009 A Kumar, et al., "3GPP LTE: The Future of Mobile Broadband," Wireless Personal Communications, 2010 M O Hasna and M.-S Alouini, "Outage Probability of Multihop Transmission Over Nakagami Fading Channels," IEEE Communications Letters, vol 7, pp 216-218, May 2003 M O Hasna and M.-S Alouini, "End-to-End Performance of Transmission System with Relays over Rayleigh-Fading Channels," IEEE Transactions on Wireless Communications, vol 2, pp 1126-1131, November 2003 Y Lin, et al., "Average outage duration of multihop communication systems with regenerative relays," Wireless Communications, IEEE Transactions on, vol 4, pp 1366-1371, 2005 M O Hasna and M S Alouini, "A performance study of dual-hop transmissions with fixed gain relays," Wireless Communications, IEEE Transactions on, vol 3, pp 1963-1968, 2004 R Pabst, et al., "Relay-based deployment concepts for wireless and mobile broadband radio," Communications Magazine, IEEE, vol 42, pp 80-89, 2004 C Yuanzhu, et al., "Link-layer-and-above diversity in multihop wireless networks," Communications Magazine, IEEE, vol 47, pp 118-124, 2009 L Le and E Hossain, "Multihop Cellular Networks: Potential Gains, Research Challenges, and a Resource Allocation Framework," IEEE Communications Magazine, pp 66-73, September 2007 O Oyman, et al., "Multihop Relaying for Broadband Wireless Mesh Networks: From Theory to Practice," IEEE Communications Magazine, November 2007 Q Li, et al., "Advancement of MIMO technology in WiMAX: from IEEE 802.16d/e/j to 802.16m," Communications Magazine, IEEE, vol 47, pp 100-107, 2009 V Genc, et al., "IEEE 802.16J relay-based wireless access networks: an overview [recent advances and evolution of WLAN and WMAN standards]," Wireless Communications, IEEE, vol 15, pp 56-63, 2008 GVHD: TS ĐỖ HỒNG TUẤN HVTH: NGUYỄN THỊ BÉ TÁM Trang 48 Luận Văn Thạc Sĩ [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] [24] [25] [26] [27] [28] [29] [30] [31] Ngành Kỹ Thuật Điện Tử R Y Kim, et al., "WiMAX femtocell: requirements, challenges, and solutions [femtocell wireless communications]," Communications Magazine, IEEE, vol 47, pp 84-91, 2009 K Tsagkaris and P Demestichas, "WiMax network," Vehicular Technology Magazine, IEEE, vol 4, pp 24-35, 2009 M O Hasna and M S Alouini, "Harmonic mean and end-to-end performance of transmission systems with relays," Communications, IEEE Transactions on, vol 52, pp 130-135, 2004 M O Hasna and M S Alouini, "A performance study of dual-hop transmissions with fixed gain relays," in Acoustics, Speech, and Signal Processing, 2003 Proceedings (ICASSP '03) 2003 IEEE International Conference on, 2003, pp IV189-92 vol.4 M O Hasna and M.-S Alouini, "Optimal power allocation for relayed transmissions over Rayleigh-fading channels," IEEE Transactions on Wireless Communications, vol 3, pp 1999-2004, 2004 C Zhuo, et al., "Performance of Alamouti scheme with transmit antenna selection," in Personal, Indoor and Mobile Radio Communications, 2004 PIMRC 2004 15th IEEE International Symposium on, 2004, pp 1135-1141 Vol.2 M Gharavi-Alkhansari, et al., "Exact symbol error probability analysis of orthogonal space-time block codes over correlated fading channels," in Signal Processing Advances in Wireless Communications, 2004 IEEE 5th Workshop on, 2004, pp 303307 M Kiessling, et al., "Asymptotics of ergodic MIMO capacity in correlated Rayleigh fading environments," in Vehicular Technology Conference, 2004 VTC 2004-Spring 2004 IEEE 59th, 2004, pp 843-847 Vol.2 L Yang, et al., "Performance of spatially correlated MIMO channel with antenna selection," Electronics Letters, vol 40, pp 1281-1282, 2004 B Wang, et al., "On the capacity of MIMO relay channels," Information Theory, IEEE Transactions on, vol 51, pp 29-43, 2005 L Yang and J Qin, "Outage Performance of MIMO MRC System with UnequalPower Co-Channel Interference," IEEE Communications Letters, vol 10, pp 245247, April 2006 I M Kim, "Exact BER Analysis of OSTBCs in Spatially Correlated MIMO Channels," IEEE Transactions on Communications, vol 54, pp 1365-1373, August 2006 S Hao and A Ghrayeb, "Analysis of the outage probability for MIMO systems with receive antenna selection," Vehicular Technology, IEEE Transactions on, vol 55, pp 1435-1440, 2006 K T Phan and C Tellambura, "Capacity Analysis for Transmit Antenna Selection Using Orthogonal Space-Time Block Codes," Communications Letters, IEEE, vol 11, pp 423-425, 2007 A B Narasimhamurthy and C Tepedelenlioglu, "MIMO receive switched diversity with imperfect channel," in Signals, Systems and Computers, 2009 Conference Record of the Forty-Third Asilomar Conference on, 2009, pp 1392-1396 GVHD: TS ĐỖ HỒNG TUẤN HVTH: NGUYỄN THỊ BÉ TÁM Trang 49 Luận Văn Thạc Sĩ [32] [33] [34] [35] [36] [37] [38] [39] [40] [41] [42] [43] [44] [45] [46] [47] [48] Ngành Kỹ Thuật Điện Tử A Narasimhamurthy and C Tepedelenlioglu, "Space-time coding for receive switch and stay combining," Wireless Communications, IEEE Transactions on, vol 8, pp 6134-6142, 2009 L In-Ho and K Dongwoo, "Coverage Extension and Power Allocation in Dual-Hop Space–Time Transmission With Multiple Antennas in Each Node," Vehicular Technology, IEEE Transactions on, vol 56, pp 3524-3532, 2007 I H Lee and D Kim, "End-to-End BER Analysis for Dual-Hop OSTBC Transmissions over Rayleigh Channels," IEEE Transactions on Communications, vol 56, pp 347-351, March 2008 L Yang, "MIMO Systems with Transmit Antenna Selection and Power Allocation over Correlated Channels," Wireless Personal Communications, 2009 A Goldsmith, Wireless communications Cambridge ; New York: Cambridge University Press, 2005 G L Stüber, Principles of mobile communication, 2nd ed Boston: Kluwer Academic, 2001 J G Proakis, Digital communications, 4th ed Boston: McGraw-Hill, 2001 H Karl and A Willig, Protocols and architectures for wireless sensor networks Hoboken, NJ: Wiley, 2005 M K Simon and M.-S Alouini, Digital communication over fading channels, 2nd ed Hoboken, N.J.: John Wiley & Sons, 2005 J N Laneman, et al., "Cooperative diversity in wireless networks: Efficient protocols and outage behavior," IEEE Transactions on Information Theory, vol 50, pp 30623080, 2004 A Nosratinia, et al., "Cooperative communication in wireless networks," Communications Magazine, IEEE, vol 42, pp 74-80, 2004 S M Alamouti, "A Simple Transmit Diversity Technique for Wireless Communications," IEEE Journal on Sel Areas in Comm., vol 16, pp 1451-1458, 1998 A Papoulis and S U Pillai, Probability, random variables, and stochastic processes, 4th ed Boston: McGraw-Hill, 2002 K Zheng, et al., "Cross-layer queuing analysis on multihop relaying networks with adaptive modulation and coding " IET Communications, vol 4, pp 295-302, 2010 V N Q Bao and H Y Kong, "A Simple Performance Approximation for Multi-hop Decode-and-Forward Relaying over Rayleigh Fading Channels," IEICE Trans Commun, vol E92-B, pp 3524-3527, Nov 2009 S Chennakeshu and J B Anderson, "Error rates for Rayleigh fading multichannel reception of MPSK signals," Communications, IEEE Transactions on, vol 43, pp 338-346, 1995 K Cho and D Yoon, "On the General BER Expression of One- and TwoDimensional Amplitude Modulations," IEEE Transactions on Communications, vol 50, pp 1074-1080, July 2002 GVHD: TS ĐỖ HỒNG TUẤN HVTH: NGUYỄN THỊ BÉ TÁM Trang 50 Luận Văn Thạc Sĩ Ngành Kỹ Thuật Điện Tử PHỤ LỤC Bảng thuật ngữ Việt – Anh Khuếch đại chuyển tiếp Amplify and Forward Tỷ lệ lỗi bit Bit Error Rate Hàm phân bố xác suất tích lũy Cummulative Distribution Function (CDF) Giải mã chuyển tiếp Decode – and – Forward Truyền thẳng, không bị che chắn light – of – sight (LOS) Ước lượng tương tự lớn maximum likelihood Truyền Đa điểm Multi-hop transmistion Nhiều ngõ vào, nhiều ngõ Multi-input-multi-output (MIMO) Xác suất dừng hệ thống Outage Probability Hàm mật độ xác suất Probability Density Function (PDF) Điều chế pha Phase Shift Keying Modulation Nút chuyển tiếp Relaying hops Mã hóa khơng gian thời gian Space Time Block Code Tỉ số tín hiệu nhiễu Signal to Noise ratio (SNR) Tỷ lệ lỗi symbol Symbol Error Rate Tỷ lệ tín hiệu nhiễu Signal to noise ratio (SNR) GVHD: TS ĐỖ HỒNG TUẤN HVTH: NGUYỄN THỊ BÉ TÁM Trang 51 Luận Văn Thạc Sĩ Ngành Kỹ Thuật Điện Tử LÝ LỊCH KHOA HỌC CỦA HỌC VIÊN Lý lịch khoa học Họ tên: NGUYỄN THỊ BÉ TÁM Ngày sinh: 24/04/1980 Quê quán: Bến Tre Địa liên lạc: 309 Lô D, C/C Nhiêu Lộc TP.HCM Điện thoại liên hệ: 0909 610827 Email: tamnguyenvtcntt@gmail.com Giới tính: Nữ Nơi sinh: Bến Tre Dân tộc: Kinh C, Phường Tân Quý, Quận Tân Phú, Quá trình đào tạo Đại học: Văn Bằng 1: Thời gian: 09/1998 – 01/2003 Ngành học: Điện Tử - Viễn Thơng Hệ: quy - Trường Đại Học Bách Khoa TP HCM Văn Bằng 2: Thời gian: 09/2003 – 01/2007 Ngành học: Kỹ Thuật Máy Tính Hệ: quy - Trường Đại học Bách Khoa TP HCM Cao học: Thời gian: từ 09/2009 đến Trường Đại học Bách Khoa TP.HCM Ngành học: Kỹ Thuật Điện Tử GVHD: TS ĐỖ HỒNG TUẤN HVTH: NGUYỄN THỊ BÉ TÁM Trang 52 ... Phân tích chất lượng mơ hình truyền thơng đa chặng (multi- hop) kết hợp mã không gian thời gian Alamouti kênh truyền fading Rayleigh II- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: Đề xuất mơ hình truyền đa chặng kết. .. THUẬT PHÂN TẬP VÀ MÃ KHÔNG GIAN THỜI GIAN CHO HỆ THỐNG MIMO Hệ thống MIMO xây dựng dựa hai kỹ thuật phân tập: phân tập không gian thời gian ghép kênh không gian 2.4.1 Kỹ thuật phân tập Phân tập... thức kênh truyền vô tuyến, điều chế, kỹ thuật xử lý tín hiệu nút chuyển tiếp, kỹ thuật phân tập mã không gian thời gian Chương 3: Đưa mơ hình hệ thống truyền thơng đa chặng kết hợp truyền Alamouti