Bài viết phân tích tỉ lệ lỗi khối của mạng truyền thông gói tin ngắn nhằm mở rộng vùng phủ sóng và giảm tỉ lệ lỗi khối dưới tác động của kênh truyền fading Rayleigh. Trong mô hình đề xuất, nút đích sẽ nhận được dữ liệu thông qua các nút chuyển tiếp.
Huỳnh Văn Hóa, Ngơ Hồng Tú, Võ Nguyễn Quốc Bảo ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG MẠNG CHUYỂN TIẾP ĐA CHẶNG TRONG TRUYỀN THƠNG GĨI TIN NGẮN Huỳnh Văn Hóa*, Ngơ Hồng Tú+ , Võ Nguyễn Quốc Bảo* * Học Viện Công Nghệ Bưu Chính Viễn Thơng + Khoa Cơng nghệ thơng tin, Trường Đại học Giao Thông Vận Tải thành phố Hồ Chí Minh Tóm tắt: Trong báo này, chúng tơi phân tích tỉ lệ lỗi khối mạng truyền thơng gói tin ngắn nhằm mở rộng vùng phủ sóng giảm tỉ lệ lỗi khối tác động kênh truyền fading Rayleigh Trong mơ hình đề xuất, nút đích nhận liệu thơng qua nút chuyển tiếp Tỉ lệ lỗi khối kênh truyền chứng minh hai dạng xác xấp xỉ biểu thức dạng tường minh (closed-form expression) Cuối cùng, thực mô Monte-Carlo để kiểm chứng lại kết phân tích Từ khóa- fading Rayleigh, giải mã chuyển tiếp, tỉ lệ lỗi khối, truyền thơng gói tin ngắn I GIỚI THIỆU Trong năm gần đây, giới hướng đến công nghiệp tiên tiến nhằm phục vụ nhu cầu ngày tăng cao người hầu hết lĩnh vực nhằm mục đích cải thiện tính linh hoạt quy trình sản xuất tạo nhiều sản phẩm hơn, tiết kiệm tài nguyên tăng tính tiện dụng cách sử dụng kết nối cảm biến liệu với quy mô lớn, chẳng hạn nhà máy thông minh, nông nghiệp thông minh hay y tế thông minh, … nói chung lĩnh vực thơng tin di động nói riêng nhằm tập trung tăng cường khả giao tiếp, kết nối người máy móc, máy móc với máy móc lẫn sử dụng cảm biến [1] Để đáp ứng tiêu chí trên, nhà khoa học nước giới tích cực nghiên cứu phát triển kỹ thuật mới, chẳng hạn kỹ thuật đa truy nhập không trực giao NOMA [2], kỹ thuật truyền dẫn song công [3] kỹ thuật MIMO [4] Với phát triển kỹ thuật hứa hẹn tạo hệ mạng di động mới, mạng di động hệ thứ (5G) với khả truyền tín hiệu có tốc độ nhanh có băng thơng lớn Với tiềm to lớn từ kỹ thuật mang lại hứa hẹn tháo gỡ hạn chế tồn đọng mạng di động Thứ hỗ trợ truyền thông tin với dung lượng lớn giúp tiết kiệm thời gian truyền nhận liệu thiết bị Bên cạnh đó, khả truyền thơng tin với thời gian thực mà thiết bị người giao tiếp với qua khoảng cách xa, với độ xác lên đến mức micro giây cho phép thiết bị đồng hóa thời gian Để kết nối thiết bị theo thời gian thực, đồng nghĩa với việc thiết bị cần phải truyền gói tin đáp ứng yêu cầu chất lượng với ràng buộc độ trễ phải cực thấp độ tin cậy cao Chính vậy, truyền thơng gói tin ngắn (short packet) [5, 6] ứng viên hàng đầu để đáp ứng yêu cầu và nhận nhiều quan tâm nhà nghiên cứu khoa học giới Hơn nữa, truyền thông chuyển tiếp xem giải pháp hiệu để cải thiện vùng phủ sóng nhằm nâng cao hiệu hệ thống [7] Cụ thể, [8], tác giả đề xuất mạng chuyển tiếp phần, truyền thông đa chặng truyền thông chuyển tiếp tăng cường khảo sát [9] [10] Hơn nữa, truyền thông chuyển tiếp kết hợp hiệu với kỹ thuật khác, chẳng hạn kỹ thuật đa truy nhập không trực giao [2], kỹ thuật thu thập lượng [11, 12], vô tuyến nhận thức [13] bảo mật lớp vật lý [14] Rõ ràng, truyền thông chuyển tiếp kỹ thuật đầy tiềm với việc sử dụng nút trung gian để chuyển tiếp liệu từ thiết bị phát đến thiết bị thu với mục đích sau: Một là; làm giảm ảnh hưởng hiệu ứng bóng mờ thông tin vô tuyến [15] gây cản trở đường truyền, ví dụ tịa nhà cao tầng, cối, … giúp cho việc kết nối liệu trao đổi thông tin thiết bị với liên tục theo thời gian Hai là; mở rộng vùng phủ sóng để truyền liệu tới thiết bị có khoảng cách kết nối xa để đảm bảo kết nối liên tục thiết bị lẫn có thay đổi khoảng cách truyền Ba là; việc mở rộng vùng phủ sóng giúp kết nối thiết bị giao tiếp lẫn nhiều Có hai kỹ thuật chuyển tiếp sử dụng nghiên cứu gần đây, kỹ thuật khuếch đại chuyển tiếp (AF) [16-18] giải mã chuyển tiếp (DF) [19-21] Ngoài ra, mạng bảo mật lớp vật lý báo tác giả Nguyen Thi Yen Linh đồng tác giả [22] nghiên cứu cho thấy hiệu mạng chuyển tiếp đa chặng mạng vơ tuyến Với tính lợi ích to lớn hứa hẹn việc kết hợp kỹ thuật chuyển tiếp với công nghệ truyền thơng gói tin ngắn nâng cao hiệu mạng Cụ thể, báo [23], tác giả đề xuất mô Tác giả liên hệ: Võ Nguyễn Quốc Bảo Email: baovnq@ptithcm.edu.vn Đến tòa soạn:10/2020, chỉnh sửa: 11/2020, chấp nhận đăng: 12/2020 SOÁ 04B (CS.01) 2020 TẠP CHÍ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG 43 ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG MẠNG CHUYỂN TIẾP ĐA CHẶNG TRONG TRUYỀN THƠNG SỬ DỤNG GĨI TIN NGẮN hình mạng truyền thơng gói tin ngắn kết hợp với kỹ thuật chuyển phương thức đa truy nhập không trực giao (NOMA) Trong báo [24], Yifan Gu cộng nghiên cứu mơ hình mạng truyền thơng gói tin ngắn sử dụng kỹ thuật khuếch đại chuyển tiếp (AF) Các nghiên cứu chứng minh hiệu vượt trội mạng chuyển tiếp truyền thơng gói tin ngắn Theo chúng tơi biết, thời điểm chưa có cơng trình nghiên cứu cho thấy ảnh hưởng đầy đủ thông số nút chuyển tiếp, mà số nút chuyển tiếp lớn hai Trong nghiên cứu này, tiến hành thiết kế phân tích hệ thống mạng với số nút chuyển tiếp lớn hai truyền thơng gói tin ngắn, hoạt động dựa việc chuyển tiếp liệu từ nguồn đến đích thơng qua nút chuyển tiếp Để đánh giá chất lượng hệ thống, đưa phân tích biểu thức tính tỉ lệ lỗi khối dạng đóng kênh truyền fading Rayleigh Phần báo trình bày sau Phần II trình bày mơ hình hệ thống cách thức truyền liệu từ nút nguồn đến nút đích thơng qua nút chuyển tiếp Phần III trình bày phương pháp phân tích theo mơ hình đề xuất để đánh giá chất lượng hệ thống với thông số tỉ lệ lỗi khối với hai dạng xác xấp xỉ Phần IV kết tính tốn kiểm chứng lại phần mềm Matlab Cuối phần kết luận báo II trắng cộng AWGN nút chuyển tiếp thứ k với giá trị trung bình phương sai k2 , x thông =1 , tin nút nguồn có lượng chuẩn hóa E x h1 R1 RK h2 R0 hK +1 R2 RK +1 Hình Mơ hình mạng chuyển tiếp đa chặng truyền thơng gói tin ngắn Các thành phần hệ thống gồm nút nguồn nút chuyển tiếp, ( R0 ) , nút đích ( RK +1 ) ký hiệu R1 , R2 , , RK Hình Tại nút chuyển tiếp sử dụng kỹ thuật DF để giải mã chuyển tiếp tín hiệu vừa nhận đến nút chuyển tiếp Gọi hk hệ số kênh truyền Rk −1 Rk trắng máy thu nhau, giả sử k2 = Chúng giả sử thông tin trạng thái kênh truyền (CSI) hoàn hảo nút nguồn nút nhận tín hiệu kênh truyền kênh fading Rayleigh Do đó, tỉ số tín hiệu nhiễu (SNR) nhận Rk (được ký hiệu k ) tuân theo phân bố mũ với giá trị trung bình biểu diễn sau k = ) yk = Pk −1 hk x + nk , Pk −1k 2 , (2) với k độ lợi kênh trung bình tương ứng đường truyền Rk −1 → Rk Áp dụng lý thuyết phân bố mũ [25], ta có hàm phân bố tích lũy (CDF) hàm mật độ xác suất (PDF) k tính sau F k ( ) = − exp − k f = exp − k ( ) k k (3) Theo [26], giá trị m nên lớn 100, kênh truyền giả sử hoạt động chế độ fading bán tĩnh (quasi-static fading) [27], nghĩa hệ số kênh truyền không đổi suốt q trình truyền tín hiệu từ nút nguồn đến nút đích thay đổi chu kỳ truyền tín hiệu Khi R0 truyền bit thông tin đến Rk +1 qua K +1 chặng suốt chu kỳ truyền Ta có tỉ lệ mã hóa chặng r= ( K + 1) m (4) Công thức số (4) biểu diễn tốc độ mã hóa chặng ( K + 1) chặng số bit thông tin chia cho thời gian truyền chặng Hoạt động truyền tín hiệu hệ thống thơng qua khe thời gian với tổng chiều dài gói tin m , gói tin chia thành khối tin (blocklength) có chiều m dài truyền từ R0 đến RK +1 , với K +1 K số chặng mạng Ta có tín hiệu nhận Rk k = 1, K + ( toán tử kỳ vọng thống kê Để cơng suất nhiễu với E MƠ HÌNH HỆ THỐNG Trong nghiên cứu này, chúng tơi đề xuất mơ hình mạng chuyển tiếp đa chặng truyền thơng gói tin ngắn để truyền thơng tin từ nút nguồn đến nút đích Hình với Pk −1 công suất phát Rk −1 , nk nhiễu Gauss (1) III ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG HỆ THỐNG A Tỉ lệ lỗi khối dạng xác Trong truyền thơng gói tin ngắn, chiều dài khối tin đủ lớn, tỉ lệ lỗi khối ( BLER ) trung bình xấp xỉ [27, Eq (59)] [28, Eq (4)] theo chặng C ( ) − r k BLER k E k Q , V / m ( ) k (5) Giá trị k = 1, K + sử dụng xuyên suốt báo SOÁ 04B (CS.01) 2020 TẠP CHÍ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG 44 Huỳnh Văn Hóa, Ngơ Hồng Tú, Võ Nguyễn Quốc Bảo _ H BLER k m 1 − exp − d k L = m H − L + k exp − H k L − exp − k (9) BLER e 2e =BLER1 + (1 − BLER1 ) BLER + + (1 − BLER1 ) (1 − BLER K −1 ) BLER K k K +1 =BLER1 + BLER k (1 − BLER m−1 ) k =2 m= với BLER k tỉ lệ lỗi khối chu kỳ truyền tín hiệu từ Rk −1 ( X ) = đến Rk định nghĩa xf ( x) dx X − Viết lại biểu thức (5) dạng tường minh, ta có tỉ lệ lỗi khối trung bình chặng thứ k tính sau C ( ) − r k f ( ) d , BLER k Q k V / m ( ) k (6) với f X ( x ) hàm mật độ xác suất biến ngẫu nhiên X C ( ) − r k phức tạp nên V ( k ) / m Bởi biểu thức Q khó để tìm biểu thức dạng tường minh (closed-form expression) cho công thức (6) Áp dụng [26, Eq (4)], triển khai hàm xấp xỉ hàm Q (.) , cụ thể C ( ) − r k Z ( k ) , với V ( k ) / m k L 1, 1 Z ( k ) = − m ( k − ) , L k H , (7) 2 k H 0, 2 L = − 2 m r −1 Kỹ thuật giải mã chuyển tiếp có lựa chọn (SDF) kỹ thuật áp dụng nút chuyển tiếp với chế nút chuyển tiếp không giải mã liệu nhận khơng tiếp tục chuyển tiếp liệu đến nút [29] Giả sử nút chuyển tiếp sử dụng kỹ thuật SDF nên tỉ lệ lỗi khối tồn trình tính theo công thức (10) (Chứng minh: Xem phụ lục A) B Tỉ lệ lỗi khối dạng xấp xỉ Tiếp theo, chúng tơi trình bày dạng xấp xỉ tỉ lệ lỗi khối để có đánh giá khách quan hiệu hệ thống mức công suất nguồn phát cao Dạng xấp xỉ xem đường giới hạn (upper bound) cho giá trị tỉ lệ lỗi khối tăng mức công suất nguồn phát tiến vô Điều có nghĩa tỉ lệ lỗi khối tồn trình hệ thống đạt giá trị nhỏ giá trị đường giới hạn cho dù có tăng cơng suất phát lớn Mặt khác, điều mà mong muốn tỉ lệ lỗi khối nhỏ hiệu hệ thống cải thiện Sử dụng vô bé tương đương hàm − exp ( − x ) x x → , kết tiệm cận Q với = (10) , = 2r −1 , H = + 2 m BLER k tính sau H BLER k ,tc m L d k m H2 − L2 = k (11) Dễ thấy giá trị tỉ lệ lỗi khối chặng BLER k nhỏ cơng suất nguồn phát lớn Khi đó, ta có BLER k ,tc , điều đồng nghĩa − BLER k ,tc Tỉ lệ lỗi khối tồn trình dạng xấp xỉ có Thay (7) vào (6), BLER k tính sau H thể viết lại công thức (12) BLER k = Z ( k ) f k ( ) d = m F k ( ) d (8) L Thay (3) vào (8), ta tính BLER k chặng cơng thức (9) SỐ 04B (CS.01) 2020 TẠP CHÍ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG 45 ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG MẠNG CHUYỂN TIẾP ĐA CHẶNG TRONG TRUYỀN THÔNG SỬ DỤNG GÓI TIN NGẮN BLER e 2e,tc = BLER1,tc + (1 − BLER1,tc ) BLER 2,tc + + (1 − BLER1,tc ) (1 − BLER K −1,tc ) BLER K ,tc (12) K +1 BLER k ,tc k =1 IV KẾT QUẢ MÔ PHỎNG Trong phần này, sử dụng phương pháp mô Monte-Carlo phần mềm Matlab sách mô [30] cho mơ hình đề xuất để kiểm chứng lại kết lý thuyết trình bày phần trước Để đơn giản khơng tính tổng qt, chúng tơi xem xét mơ hình tuyến tính đơn giản nút nguồn, nút đích nút chuyển tiếp đặt đường thẳng Xem xét kênh chuẩn hóa với cơng suất nhiễu = dBm Một vài thông số để thực mô sau: số bit thông tin = 256 chiều dài khối m = 256 Tương tự thông số [15], độ lợi kênh trung bình tính theo mơ hình suy hao không gian tự k = dk− , với hệ số suy hao kênh truyền (giá trị điển hình từ đến 6) Trong nghiên cứu này, sử dụng = Chúng giả sử đường mơ (Simulations) Từ Hình 2, ta dễ dàng thấy giá trị tỉ lệ lỗi khối toàn trình BLER giảm cơng suất phát tăng Cụ thể, ta tăng công suất phát 10, 15 20 dBm, giá trị tỉ lệ lỗi khối −1 tồn trình BLER tương ứng vào khoảng 10 , 2.5 10−2 0.110−2 Điều có nghĩa ta tăng công suất phát nguồn phát hiệu hệ thống cải thiện mong đợi Đặc biệt, quan sát riêng lẻ giá trị cơng suất phát tỉ lệ lỗi khối đạt giá trị nhỏ K = tất trường hợp khảo sát PS Điều kết luận mơ hình đề xuất sử dụng nút chuyển tiếp để truyền liệu hiệu Do đó, chúng tơi sử dụng giá trị K = cho khảo sát khoảng cách nút R0 RK +1 chuẩn hóa với D = 1, xem xét kênh truyền đối xứng với dk khoảng Ngoài ra, K +1 chúng tơi xem xét mơ hình với giả sử phân bổ công P \suất cho nút chuyển tiếp, nghĩa Pk = S K +1 Tổng công suất truyền nguồn phát lượng PS cách nút dk = khảo sát từ 0dBm đến 30dBm Hình Ảnh hưởng chiều dài khối tin, với K = Tiếp theo, khảo sát tỉ lệ lỗi khối BLER hàm theo độ dài khối m Hình với mục tiêu tương tự Hình tìm m tối ưu cho mơ hình hệ thống Cụ thể, giá trị m tăng BLER tất trường hợp giảm Hơn nữa, thấy tỉ lệ lỗi khối tồn chặng khơng m tiến tới vô hay lim BLERe2e ( m) = (Chứng minh: Xem phụ lục B) m→+ Hình Ảnh hưởng số nút chuyển tiếp lên hiệu hệ thống Đầu tiên, khảo sát ảnh hưởng số nút chuyển tiếp lên hiệu hệ thống Hình để tìm số lượng nút chuyển tiếp tối ưu cho mơ hình Mục tiêu số lượng nút chuyển tiếp tốt mà hiệu hệ thống cải thiện tiết kiệm chi phí triển khai chí giảm thiểu tổng độ trễ truyền truyền qua nút chuyển tiếp Hình cho thấy kết đường lý thuyết (Analysis) hoàn toàn trùng khớp với kết SỐ 04B (CS.01) 2020 Điều có nghĩa kết luận m lớn tốt mà khơng có giá trị cụ thể nào, miễn m 100 đề cập hiệu hệ thống cải thiện Tuy nhiên, phải cân nhắc mục tiêu truyền thơng gói ngắn độ dài khối ngắn độ trễ truyền giảm Do đó, cân nhắc hai tình ưu nhược điểm việc tăng giảm m ràng buộc giá trị m cụ thể nhằm mục tiêu đảm bảo chất lượng dịch vụ cụ thể Ví dụ, giả sử mức tỷ lệ lỗi khối chấp nhận dịch vụ mà muốn cung cấp 10−2 chẳng hạn, giá trị m ứng với trường hợp công suất phát 10, 15 20 dBm khoảng 1000, 400 250 Mặt khác, công suất phát nút nguồn nút chuyển tiếp tăng hiệu hệ thống cải thiện đáng kể Quan trọng hết kết lý thuyết chúng tơi hồn tồn trùng khớp với kết mơ TẠP CHÍ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG 46 Huỳnh Văn Hóa, Ngơ Hoàng Tú, Võ Nguyễn Quốc Bảo _ lần xác thực tính xác từ kết tính toán phần trước độ trễ truyền giảm Do đó, cân nhắc hai tình ưu nhược điểm việc tăng giảm m ràng buộc giá trị m cụ thể nhằm mục tiêu đảm bảo chất lượng dịch vụ cụ thể Và PS , tăng công suất phát làm cho hiệu hệ thống cải thiện không nên lạm dụng tăng cơng suất phát q lớn ảnh hưởng can nhiễu lớn lên người dùng khác hệ thống Đặc biệt, giá trị K = hay nói cách khác mạng hai chặng (dual-hop) tối ưu trường hợp mơ hình đề xuất LỜI CẢM ƠN Hình Ảnh hưởng giá trị công suất phát lên hiệu hệ thống với K = Cuối cùng, chúng tơi khảo sát tỉ lệ lỗi khối tồn trình hàm theo cơng suất phát Hình Trong Hình 4, thấy đường phân tích lý thuyết dạng xác hồn tồn trùng khớp với kết mô Điều chứng minh phân tích lý thuyết chúng tơi xác Hơn nữa, đường xấp xỉ hội tụ với đường xác đường mơ dải công suất phát cao cho thấy giá trị tỉ lệ lỗi khối nhỏ giá trị đường xấp xỉ Mặt khác, so sánh với giá trị m xác định tỉ lệ lỗi khối hệ thống giảm tăng công suất nguồn phát Từ đó, ta kết luận rằng, với dải cơng suất phát lớn hiệu hệ thống cải thiện không vượt giá trị đường giới hạn (đường tỉ lệ lỗi khối xấp xỉ) điều mong đợi Mặc dù tăng công suất phát làm cho hiệu hệ thống cải thiện không nên lạm dụng tăng công suất phát lớn ảnh hưởng can nhiễu lớn lên người dùng khác hệ thống Nghiên cứu tài trợ Học Viện Cơng Nghệ Bưu Chính Viễn Thơng đề tài có mã số 14-HV2020-RD_VT2 PHỤ LỤC A Trong phần thực chứng minh công thức (10) Giả sử trường hợp hệ thống truyền liệu chặng bao gồm nút nguồn, nút chuyển tiếp nút đích Khi hệ thống sử dụng kỹ thuật SDF nút chuyển tiếp, tỉ lệ lỗi khối tồn trình tổng tỉ lệ lỗi khối hai trường hợp phân tích cụ thể sau: i) Nếu nút chuyển tiếp không giải mã liệu nhận từ nút nguồn khơng tiếp tục chuyển tiếp liệu đến nút đích, tỉ lệ lỗi khối chặng hai 1, hay BLER = Ta có tỉ lệ lỗi khối trường hợp BLER1BLER = BLER1 ii) Nút chuyển tiếp giải mã tín hiệu nhận tiếp tục truyền liệu đến đích Ta có tỉ lệ lỗi khối trường hợp (1 − BLER1 ) BLER Như vậy, tỉ lệ lỗi khối tồn trình trường hợp hệ thống truyền liệu chặng BLER e 2e = BLER1 + (1 − BLER1 ) BLER (A.1) V KẾT LUẬN Trong báo này, đề xuất mạng chuyển tiếp đa chặng truyền thơng gói tin ngắn sử dụng kỹ thuật giải mã chuyển tiếp Theo kênh truyền fading Rayleigh, đưa biểu thức dạng đóng cho tỉ lệ lỗi khối mơ hình đề xuất Bên cạnh đó, chúng tơi đưa biểu thức tính tiệm cận hệ thống dải cơng suất phát cao Ngồi ra, xét ảnh hưởng số chặng chuyển tiếp độ dài khối m lên hiệu hệ thống Các kết phân tích số mơ hình đề xuất trùng khớp với kết mơ MonteCarlo Thơng qua mơ hình đề xuất, ta thấy tăng giá trị công suất phát PS độ dài khối m làm cho hiệu hệ thống cải thiện cách đáng kể Tuy nhiên m , phải cân nhắc mục tiêu truyền thơng gói ngắn độ dài khối ngắn SỐ 04B (CS.01) 2020 Tương tự, với trường hợp tổng quát, xem xét kỹ thuật SDF K +1 chặng Nếu nút chuyển tiếp thứ k k = 1, K không giải mã liệu nhận ( ) BLER n = với n k Phân tích tương tự có tỉ lệ lỗi khối tồn trình sau BLER e 2e =BLER1 + (1 − BLER1 ) BLER + + (1 − BLER1 ) (1 − BLER K −1 ) BLER K (A.2) Quy công thức (A.2) dạng lấy tổng, thu tỉ lệ lỗi khối tồn trình cơng thức (10) PHỤ LỤC B TẠP CHÍ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG 47 ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG MẠNG CHUYỂN TIẾP ĐA CHẶNG TRONG TRUYỀN THƠNG SỬ DỤNG GĨI TIN NGẮN A== lim m H − L + k m →+ H L exp − − exp − k k = lim 1 + k m exp − m →+ k ( K +1) m − + − 1 − exp − 2 m k ( K +1) A = lim 1 + k m m − − − m →+ 2 m k k 1 = lim 1 + k m − = = mlim m →+ →+ k m Trong phần này, lim BLERe2e ( m) = chứng minh m→+ Như biết, giới hạn tổng tổng giới hạn hội tụ, nghĩa lim f ( x ) + g ( x ) = lim f ( x ) + lim g ( x ) = 0, (B.1)với x →+ x →+ x →+ lim f ( x) lim g ( x ) x →+ x →+ Do đó, lim BLERe2e ( m) = m→+ ( k = 1, K + 1) lim BLER k ( m) = m→+ Thật vậy, đặt A := lim BLER k ( m) Khi m → + , A m→+ viết lại (B.2) ( K +1) Khi ( K +1) m → + m −1 + 2 m →0 → Áp dụng vô bé tương 2 m đương dạng exp ( x ) − x x → cho (B.2), m −1 − A tính (B.3) TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] T Van Nguyen, T.-N Do, V N Q Bao, D B da Costa, and B An, "On the Performance of Multihop Cognitive Wireless Powered D2D Communications in WSNs," IEEE Transactions on Vehicular Technology, vol 69, no 3, pp 2684-2699, 2020 [2] H Van Hoa, N X Quynh, and V N Q Bao, "On the Performance of Non-Orthogonal Multiple Access schemes in Coordinated Direct with Partial Relay Selection," in 2018 International Conference on Advanced Technologies for Communications (ATC), 2018: IEEE, pp 337-343 [3] C Zhong and Z Zhang, "Non-orthogonal multiple access with cooperative full-duplex relaying," IEEE Communications Letters, vol 20, no 12, pp 2478-2481, 2016 [4] Do Dung Nguyen, Vo Nguyen Quoc Bao, and Q Chen, "On the Secrecy Performance of Massive MIMO Relay-Aided Downlink with Multiuser Transmission." [5] Y Polyanskiy, H V Poor, and S Verdú, "Channel coding rate in the finite blocklength regime," IEEE Transactions on Information Theory, vol 56, no 5, pp 2307-2359, 2010 [6] W Yang, G Durisi, T Koch, and Y Polyanskiy, "Quasistatic multiple-antenna fading channels at finite blocklength," IEEE Transactions on Information Theory, vol 60, no 7, pp 4232-4265, 2014 SOÁ 04B (CS.01) 2020 ( K +1) m − − − 1 2 m ( K +1) m − + 2 m (B.2) (B.3) [7] 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, no 6, pp 1126–1131, 2003 [8] V N Q Bao and H Y Kong, "Diversity order analysis of dual-hop relaying with partial relay selection," IEICE Trans Commun, vol E92B, no 12, pp 3942–3946, 2009 [9] V N Q Bao, T T Thanh, N T Duc, and V D Thanh, "Spectrum sharing-based multihop decode-and-forward relay networks under interference constraints: Performance analysis and relay position optimization," Journal of Communications and Networks, vol 15, no 3, pp 266–275, 2013 [10] V N Q Bao and H Y Kong, "Incremental relaying with partial relay selection," IEICE Transactions on Communications, vol E93.B, no 5, pp 1317–1321, 2010 [11] T M Hoang, T T Duy, and V N Q Bao, "On the performance of non-linear wirelessly powered partial relay selection networks over Rayleigh fading channels," in 2016 3rd National Foundation for Science and Technology Development Conference on Information and Computer Science (NICS), Sep 2016, pp 6–11 [12] 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 3068–3084, 2018 [13] P T D Ngoc, T T Duy, V N Q Bao, and K Ho-Van, "Performance enhancement for underlay cognitive radio with partial relay selection methods under impact of hardware impairment," in 2015 International Conference on Advanced Technologies for Communications (ATC), Oct 2015, pp 645– 650 [14] C T Dung, N T Van, T T Duy, V N Q Bao, and N L Nhat, "Security enhancement for dual-hop RF protocols with Nth-best partial relay and EH-based jammer," in 2015 International Conference on Communications, Management and Telecommunications (ComManTel), Dec 2015, pp 111– 115 [15] A Goldsmith, Wireless communications Standford University, 2005 [16] S Dang, et al., "OFDM-IM based dual-hop system using fixed-gain amplify-and-forward relay with pre-processing capability," IEEE Transactions on Wireless Communications, vol 18, no 4, pp 2259-2270, 2019 [17] Nhu Tri Do, Daniel Benevides da Costa, Trung Q Duong, Vo Nguyen Quoc Bao, and Beongku An, "Opportunistic scheduling for fixed-gain amplify-and-forward-based multiuser multirelay SWIPT cooperative networks," presented at the 2017 International Conference on Recent Advances in Signal Processing, Telecommunications & Computing (SigTelCom), 2017 [18] T Q Duong, Daniel Benevides da Costa, Maged Elkashlan, and Vo Nguyen Quoc Bao, "Cognitive amplify-andforward relay networks over Nakagami-m fading," IEEE TẠP CHÍ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG 48 Huỳnh Văn Hóa, Ngơ Hồng Tú, Võ Nguyễn Quốc Bảo _ Transactions on Vehicular Technology vol 61, no 5, pp 23682374, 2012 [19] Dac-Binh Ha, Tung Thanh Vu, Tran Trung Duy, and Vo Nguyen Quoc Bao, "Secure cognitive reactive decode-andforward relay networks: With and without eavesdropper," Wireless Personal Communications vol 85, no 4, pp 26192641, 2015 [20] N A Tuan, Vo Nguyen Quoc Bao, and Truong Trung Kien, "Performance Analysis of Energy Harvesting Two-Way Decode-and-Forward Relay Networks with Power Beacon over Nakagami-m Fading Channels," presented at the 2018 International Conference on Advanced Technologies for Communications (ATC), 2018 [21] Y Lu, and Wai Ho Mow, "Low-complexity Detection and Performance Analysis for Decode-and-forward Relay Networks," presented at the ICASSP 2019-2019 IEEE International Conference on Acoustics, Speech and Signal Processing (ICASSP), 2019 [22] Nguyen Thi Yen Linh, Chan Dai Truyen Thai, Vo Nguyen Quoc Bao, and H V Hoa, "Physical Layer Security in Multihop Relay Networks with Modified Dijkstra’s Routing Algorithms," in 2020 7th NAFOSTED Conference on Information and Computer Science (NICS), 2020 [23] X Lai, Q Zhang, and J Qin, "Cooperative NOMA ShortPacket Communications in Flat Rayleigh Fading Channels," IEEE Transactions on Vehicular Technology, 2019 [24] Y Gu, H Chen, Y Li, L Song, and B Vucetic, "ShortPacket Two-Way Amplify-and-Forward Relaying," IEEE Signal Processing Letters, vol 25, no 2, pp 263-267, 2018, doi: 10.1109/LSP.2017.2782828 [25] A P S U Pillai, Probability, Random Variables and stochastic processes [26] B Makki, T Svensson, and M Zorzi, "Finite Block-Length Analysis of the Incremental Redundancy HARQ," IEEE Wireless Commun Lett., vol 3, pp 529-532, Oct 2014 [27] W Yang, G Durisi, T Koch, and Y Polyanskiy, "Quasistatic multipleantenna fading channels at finite blocklength," IEEE Transactions on Information Theory, vol 60, 2014 [28] Y Yu, H Chen, Y Li, Z Ding, and B Vucetic, "On the Performance of Non-Orthogonal Multiple Access in ShortPacket Communications," IEEE Communications Letters, vol 22, pp 590-593, 2018 [29] M Khafagy, A Ismail, M.-S Alouini, and S Aissa, "On the outage performance of full-duplex selective decode-andforward relaying," IEEE Communications Letters, vol 17, no 6, pp 1180-1183, 2013 [30] V N Q Bảo, Mô hệ thống truyền thông Nhà Xuất Bản Khoa học Kỹ thuật, 2020 ON THE PERFORMANCE OF MULTIHOP NETWORKS WITH DECODE AND FORWARD RELAYS IN SHORT PACKET COMMUNICATIONS Abstract: This paper investigates the short packet communications for multi-hop networks with DF relays Under Rayleigh fading channels, we obtain the closedform expressions for exact system block error rate (BLER) of proposed system model Besides that, we also derive the asymptotic system BLER in high regime of source’s transmit power to get more insight about the performance which is affected by some system model parameters Eventually, the accuracy of our analytical expressions are verified by Monte Carlo simulations and demonstrate the advantages of the system model Especially, we figure out SOÁ 04B (CS.01) 2020 the optimal value of relay numbers for our proposed system model Keywords: block error rate, cooperative networks, short packet communications, Rayleigh fading Huỳnh Văn Hóa tốt nghiệp Thạc sĩ chuyên ngành viễn thơng Học Viên Cơng Nghệ Bưu Chính Viễn Thơng Cơ Sở Tại Thành Phố Hồ Chí Minh vào năm 2018 Hiện nay, Th S Hóa giảng viên môn Thông Tin Quang, Khoa Viễn Thông 2, Học Viện Cơng Nghệ Bưu Chính Viễn Thơng Cơ Sở Tại Thành Phố Hồ Chí Minh Hướng nghiên cứu quan tâm gồm: thơng tin vơ tuyến, truyền thông hợp tác, vô tuyến nhận thức, bảo mật vật lý truyền thơng gói tin ngắn Email: huynhvanhoa@ptithcm.edu.vn Ngơ Hồng Tú tốt nghiệp kỹ sư chun ngành Truyền thơng mạng máy tính Đại học Giao Thơng Vận Tải thành phố Hồ Chí Minh vào năm 2020 Hiện nay, Ngơ Hồng Tú giảng viên mơn Kỹ thuật máy tính, Khoa Cơng nghệ thông tin, trường Đại học Giao Thông Vận Tải thành phố Hồ Chí Minh Hướng nghiên cứu quan tâm bao gồm: vô tuyến nhận thức, truyền thông hợp tác, đa truy nhập không trực giao truyền thơng gói tin ngắn Email: tu.ngo@ut.edu.vn 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 Mơn Vơ Tuyến, Khoa Viễn Thơng 2, Học Viện Cơng Nghệ Bưu Chính Viễn Thơng Cơ Sở Thành Phố Hồ Chí Minh đồng thời giám đốc phịng thí nghiệm nghiên cứu vô 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 chuyên 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 vơ tuyến Email: baovnq@ptithcm.edu.vn TẠP CHÍ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG 49 ...ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG MẠNG CHUYỂN TIẾP ĐA CHẶNG TRONG TRUYỀN THƠNG SỬ DỤNG GĨI TIN NGẮN hình mạng truyền thơng gói tin ngắn kết hợp với kỹ thuật chuyển phương thức đa truy nhập không... BLER k chặng cơng thức (9) SỐ 04B (CS.01) 2020 TẠP CHÍ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG 45 ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG MẠNG CHUYỂN TIẾP ĐA CHẶNG TRONG TRUYỀN THƠNG SỬ DỤNG GĨI TIN NGẮN BLER... mơ hình mạng chuyển tiếp đa chặng truyền thơng gói tin ngắn để truyền thông tin từ nút nguồn đến nút đích Hình với Pk −1 cơng suất phát Rk −1 , nk nhiễu Gauss (1) III ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG HỆ THỐNG