Đánh giá ảnh hưởng của thông tin kênh truyền thông đầy đủ lên các mô hình thông tin hợp tác

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA NGUYỄN VIỆT NGHĨA ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA THÔNG TIN KÊNH TRUYỀN KHƠNG ĐẦY ĐỦ LÊN CÁC MƠ HÌNH THƠNG TIN HỢP TÁC Chuyên ngành: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ Mã số: 60.52.70 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH, tháng 06 năm 2013 Cơng trình hồn thành tại: Trường Đại học Bách Khoa – ĐHQG-HCM Cán hướng dẫn khoa học :TS HUỲNH TƯỜNG NGUYÊN – TS HỒ VĂN KHUƠNG …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… Cán chấm nhận xét 1: TS HÀ HOÀNG KHA …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… Cán chấm nhận xét 2: PGS.TS PHẠM HỒNG LIÊN …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… Luận văn thạc sĩ bảo vệ Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp HCM ngày 11 tháng 07 năm 2013 Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: PGS.TS Phạm Hồng Liên TS Đặng Thành Tín TS Võ Quế Sơn TS Hà Hoàng Kha TS Hồ Văn Khương Xác nhận Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau luận văn sửa chữa (nếu có) CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: Nguyễn Việt Nghĩa MSHV: 11140034 Ngày, tháng, năm sinh: 04/11/1987 Nơi sinh: Khánh Hòa Chuyên ngành: Kỹ thuật Điện tử Mã số : 60 52 70 I TÊN ĐỀ TÀI: Đánh giá ảnh hưởng thông tin kênh truyền không đầy đủ lên mơ hình thơng tin hợp tác II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: Đánh giá ảnh hưởng thông tin kênh truyền không đầy đủ lên mơ hình thơng tin hợp tác thơng qua tỷ lệ lỗi bit Từ kết phân tích, đưa khuyến cáo giải pháp cải thiện III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 02/07/2012 IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 25/06/2013 V CÁN BỘ HƯỚNG DẪN : TS Hồ Văn Khương TS Huỳnh Tường Nguyên Tp HCM, ngày 25 tháng 06 năm 2013 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO (Họ tên chữ ký) (Họ tên chữ ký) TRƯỞNG KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ (Họ tên chữ ký) LỜI CẢM ƠN Trước hết, Tôi xin gởi lời cảm ơn chân thành sâu sắt đến Thầy Hồ Văn Khương Thầy Huỳnh Tường Ngun, Thầy hết lịng tận tình bảo dẫn dắt đường nghiên cứu khoa học Xin cảm ơn Quý Thầy Cô khoa Điện-Điện tử Trường Đại học Bách Khoa Tp.HCM người truyền đạt cho kiến thức với kinh nghiệm vô quý báu Tôi xin cảm ơn bạn khóa, bạn đồng nghiệp giúp đỡ tạo điều kiện cho nhiều việc học tập nghiên cứu Cuối cùng, tơi xin cảm ơn cha mẹ gia đình tơi, người ln động viên, tận tình chăm sóc dạy bảo để tơi ngày hơm nay! Tp Hồ Chí Minh, ngày 25 tháng 06 năm 2013 Nguyễn Việt Nghĩa ABSTRACT Cooperative Communication is a technique which could be employed to mitigate the effects of channel fading by exploiting diversity gain achieved via cooperation between nodes and relays Practical operation conditions show that channel state information (CSI) is imperfect, and so the impact of imperfect CSI on the system performance should be considered In this thesis, we will perform analysis decode and forward relay networks under imperfect channel information, derive the closedform bit error rate (BER) expression The resulting BER depends on the quality of channel estimators, position, power and number of relay, path loss exponent Moreover, this thesis provides a closed-form BER, so that give recommend and solution to increase performance of networks Analytical results are confirmed by comparison with simulated ones TÓM TẮT LUẬN VĂN Truyền thông hợp tác kỹ thuật sử dụng nhằm thu dược độ lợi phân tập thơng qua q trình truyền tin hợp tác nút nguồn nút relay Các điều kiện thực tế cho thấy thông tin kênh truyền không đầy đủ vậy, ảnh hưởng kênh truyền lên chất lượng hệ thống mạng cần phải xem xét Luận văn thực phân tích hiệu mạng relay hợp tác với thông tin kênh truyền không đầy đủ, xác định cơng thức tính tỷ lệ lỗi bit (BER) Kết quả, tỷ lệ lỗi bit phụ thuộc vào chất lượng ước lượng kênh truyền, công suất, số lượng vị trí relay, hệ số suy hao khơng gian Cuối cùng, luận văn đưa công thức tính BER cho mơi trường hợp tác với thơng tin kênh truyền không đầy đủ, đồng thời đưa khuyến cáo giải pháp nhằm cải thiện hiệu suất hệ thống Kết phân tích kiểm tra với kết mô theo lý thuyết LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu tơi Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực TPHCM, ngày 25 tháng 06 năm 2013 Học viên thực Nguyễn Việt Nghĩa MỤC LỤC CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU 1.1 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI .1 1.2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .2 1.3 KẾT QUẢ VÀ ĐÓNG GÓP CỦA LUẬN VĂN 1.4 BỐ CỤC CỦA LUẬN VĂN .3 CHƯƠNG 2: LÝ THUYẾT THÔNG TIN VÔ TUYẾN 2.1 MÔI TRƯỜNG KÊNH TRUYỀN VÔ TUYẾN 2.1.1 Các chế lan truyền tín hiệu 2.1.2 Các tượng xảy tín hiệu 2.2 KÊNH TRUYỀN VÔ TUYẾN 2.2.1 Hiện tượng fading 2.2.2 Fading phẳng 2.2.3 Fading chọn lọc tần số 2.2.4 Kênh truyền fading biến đổi nhanh 2.2.5 Kênh truyền fading biến đổi chậm 2.3 KÊNH TRUYỀN RAYLEIGH, KÊNH TRUYỀN RICEAN VÀ KÊNH TRUYỀN NAKAGAMI-M 2.3.1 Phân bố Rayleigh 2.3.2 Phân bố Ricean 2.3.3 Phân bố Nakagami-m 10 2.4 ĐIỀU CHẾ VÀ GIẢI ĐIỀU CHẾ TÍN HIỆU SỐ 12 2.4.1 Điều chế tín hiệu số 12 2.4.2 Giải điều chế 18 CHƯƠNG 3: TỔNG QUAN MẠNG TRUYỀN THÔNG HỢP TÁC .20 3.1 GIỚI THIỆU 20 3.2 TÓM TẮT LỊCH SỬ CỦA TRUYỀN THÔNG HỢP TÁC 21 3.3 CÁC PHA TRUYỀN CỦA TRUYỀN THÔNG HỢP TÁC 22 3.4 ỨNG DỤNG CỦA TRUYỀN THÔNG HỢP TÁC .25 3.4.1 Vô tuyến nhận thức 25 3.4.2 Mạng Ad-Hoc không dây 27 3.4.3 Mạng cảm biến không dây 28 3.5 MƠ HÌNH VÀ PHÂN LOẠI RELAY 29 3.6 GIAO THỨC TRUYỀN THÔNG HỢP TÁC 30 3.6.1 Khuếch đại chuyển tiếp 30 3.6.2 Giải mã chuyển tiếp 31 CHƯƠNG 4: PHÂN TÍCH CHẤT LƯỢNG MẠNG RELAY GIẢI MÃ VÀ CHUYỂN TIẾP TRONG MÔI TRƯỜNG THÔNG TIN KÊNH TRUYỀN KHÔNG ĐẦY ĐỦ 33 4.1 MƠ HÌNH GIẢI MÃ VÀ CHUYỂN TIẾP N HOP TRONG KÊNH TRUYỀN ĐẦY ĐỦ 33 4.1.1 Mơ hình hệ thống 33 4.1.2 Phân tích hiệu suất 34 4.2 UỚC LƯỢNG KÊNH TRUYỀN .37 4.2.1 Phương pháp ước lượng MMSE 37 4.2.2 Phương pháp ước lượng LMMSE 37 4.3 MƠ HÌNH GIẢI MÃ VÀ CHUYỂN TIẾP N HOP VỚI THÔNG TIN KÊNH TRUYỀN KHÔNG ĐẦY ĐỦ 38 4.3.1 Kênh truyền có thơng tin không đầy đủ dùng ước lượng LMMSE 38 4.3.2 Phân tích tỷ lệ lỗi bit BER mạng giải mã chuyển tiếp cặp thu phát (t – r) với thông tin kênh truyền không đầy đủ 39 4.3.3 Phân tích tỷ lệ lỗi bit BER mạng giải mã chuyển tiếp N-1 Relay với thông tin kênh truyền không đầy đủ 45 CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ MÔ PHỎNG 47 5.1 MƠ HÌNH HỆ THỐNG TỔNG QT .47 5.2 MÔ PHỎNG BER VỚI MƠ HÌNH HỢP TÁC MỘT RELAY VỚI THÔNG TIN KÊNH TRUYỀN KHÔNG ĐẦY ĐỦ 48 5.2.1 Mơ hình 48 5.2.2 Mô BER với điều chế M-QAM 48 5.2.3 Mô BER thông tin kênh truyền đầy đủ thông tin kênh truyền không đầy đủ 50 5.3 MÔ PHỎNG BER VỚI VỊ TRÍ RELAY THAY ĐỔI TRONG MƠI TRƯỜNG THƠNG TIN KÊNH TRUYỀN KHÔNG ĐẦY ĐỦ 51 5.4 MÔ PHỎNG BER THEO THEO HỆ SỐ SUY HAO TRONG KHÔNG GIAN TRONG MÔI TRƯỜNG THÔNG TIN KÊNH TRUYỀN KHÔNG ĐẦY ĐỦ 53 5.5 MÔ PHỎNG BER THEO SỐ LƯỢNG RELAY THAY ĐỔI TRONG MÔI TRƯỜNG THÔNG TIN KÊNH TRUYỀN KHÔNG ĐẦY ĐỦ 54 5.5.1 Mô BER theo số lượng relay thay đổi với tổng công suất dùng điều chế 2-QAM môi trường thông tinh kênh truyền không đầy đủ 55 5.5.2 Mô BER theo số lượng Relay cố định với tổng công suất dùng điều chế M-QAM môi trường thông tin kênh truyền không đầy đủ 56 5.5.3 Mô BER theo số lượng relay cố định 9, với công suất phát Relay thay đổi theo tỉ lệ 4, 3, 2, 1, 1/2 , 1/3, 1/4, 1/5 so với công suất phát Relay 56 5.5.4 Mô BER theo số lượng pilot symbol 58 5.6 Kết luận 61 CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 63 TÀI LIỆU THAM KHẢO 64 LÝ LỊCH TRÍCH NGANG .66 CBHD: TS Huỳnh Tường Nguyên TS Hồ Văn Khương Kết Hình 5.6: BER với mơ hình Relay vị trí Relay thay đổi mơi trường thông tin kênh truyền không đầy đủ Nhận xét:  Dựa vào kết ta thấy, tỷ lệ lỗi BER nhỏ nằm vị trí Relay có tọa độ (0.5, 0) Điều có ý nghĩa quan trọng, dùng để lựa chọn vị trí Relay hệ thống có Relay cần xác định xem vị trí Relay đặt đâu cho BER nhỏ môi trường thông tin kênh truyền không đầy đủ  Tỷ lệ bit lỗi BER ứng với điều chế M-QAM thấp M nhỏ hơn, tính chất theo lý thuyết Trang 52 HVTH: Nguyễn Việt Nghĩa CBHD: TS Huỳnh Tường Nguyên TS Hồ Văn Khương 5.4 Mô BER theo theo hệ số suy hao không gian α môi trường thông tin kênh truyền khơng đầy đủ Mơ hình: Sử dụng mơ hình 5.2 với Relay Trong phần khảo sát thay đổi BER theo hệ số α khoảng [2, 5] mạng relay giải mã chuyển tiếp với thông tin kênh truyền không đầy đủ Kênh truyền htr có phân bố Gaussian htr ~ CN (0, ηtr) với ηtr = (dtr)-α , vị trí relay node mạng (x, y) giới hạn khoảng [0, 1] nên khoảng cách node mạng dtr < Phần so sánh ảnh hưởng hệ số mũ vị trí Relay R(0.1, 0.8) Kết quả: S(0,0); R(0.1,0.8); D(0,1) Hình 5.7 BER theo theo hệ số suy hao không gian α Nhận xét:  Đối với vị trí R(0.1, 0.8) tăng giá trị α tỷ lệ lỗi bit BER tăng lên Do vậy, α tăng lên suy hao đường truyền tăng lên nên chất lượng tín hiệu giảm xuống tỷ lệ lỗi bit BER tăng lên, hình 5.7 Điều xảy khoảng cách dSR , d RD nhỏ Trang 53 HVTH: Nguyễn Việt Nghĩa CBHD: TS Huỳnh Tường Nguyên TS Hồ Văn Khương 5.5 Mô BER theo số lượng relay thay đổi môi trường thông tin kênh truyền không đầy đủ Phần phân tích thay đổi BER theo số lượng relay mạng relay giải mã chuyển tiếp với thơng tin truyền khơng đầy đủ Giả sử mạng có N+1 node, vị trí S(0,0), D(1,0) đặt cố định, N-1 node relay đặt tuyến tính đường kết nối từ S  D relay cách khoảng 1/N Ví dụ: Trường hợp hệ thống mạng relay giải mã chuyển tiếp có số hop N=2 vị trí node mạng đặt tuyến tính sau: S(0,0), R1(1/2,0) D(1,0) Trường hợp N=5 vị trí node mạng có vị trí là: S(0,0), R1(1/5,0), R2(2/5,0), R3(3/5,0), R4(4/5,0) D(1,0) Hình 5.8: Sơ đồ mạng vơ tuyến hợp tác với N node relay Phần tiến hành so sánh BER mơ hình sau : Mơ hình thứ so sánh hệ thống với số lượng Relay thay đổi, tổng công suất phát khơng đổi dùng kiểu điều chế 2-QAM Mơ hình thứ hai so sánh hệ thống với số lượng Relay cố định, tổng công suất phát không đổi, kiểu điều chế thay đổi dùng điều chế M-QAM Mơ hình thứ ba so sánh BER mơ hình với số lượng Relay cơng suất phát Relay khác nhau: 4, 3, 2, 1, 1/2, 1/3, 1/4, 1/5 so với công suất phát node nguồn Trang 54 HVTH: Nguyễn Việt Nghĩa CBHD: TS Huỳnh Tường Nguyên TS Hồ Văn Khương 5.5.1 Mô BER theo số lượng relay thay đổi với tổng công suất dùng điều chế 2-QAM môi trường thơng tinh kênh truyền khơng đầy đủ Mơ hình hệ thống tương tự hình 5.8, nhiên cơng suất phát Relay thay đổi tùy theo số lượng Relay cho tổng công suất phát hệ thống Ví dụ: node nguồn S phát với cơng suất 30 [dBm] với Relay Relay phát với cơng suất 30[dBm] Nhưng với hai Relay Relay phát với cơng suất 15 [dBm] Tương tự với số lượng Relay 3, 4…N-1 Kết quả: 10 2-QAM k=1 Direct 2-QAM k = hop 2-QAM k = hop 2-QAM k = 10 hop -1 10 -2 BER 10 -3 10 -4 10 -5 10 10 15 Es/No 20 25 30 Hình 5.9: BER theo số lượng relay thay đổi với tổng công suất môi trường thông tin kênh truyền không đầy đủ Nhận xét:  Tỷ lệ lỗi bit BER giảm số hop N tăng lên Vì vậy, tùy trường hợp thực tế mà chọn số lượng relay cho hợp lý nhằm nâng cao chất lượng mạng đồng thời cân chi phí đầu tư sở hạ tầng mạng Số lượng relay ảnh hưởng lớn đến chất lượng mạng Trang 55 HVTH: Nguyễn Việt Nghĩa CBHD: TS Huỳnh Tường Nguyên TS Hồ Văn Khương 5.5.2 Mô BER theo số lượng Relay cố định với tổng công suất dùng điều chế M-QAM môi trường thơng tin kênh truyền khơng đầy đủ Mơ hình hệ thống tương tự hình 5.8, với cơng suất phát Relay thay đổi tùy theo số lượng Relay cho tổng công suất phát hệ thống Số lượng Relay cố định 9, phần so sánh BER kiểu điều chế MQAM khác mơ hình Kết quả: 10 2-QAM k=10 hop 16-QAM k=10 hop 64-QAM k=10 hop 256-QAM k=10 hop 1024-QAM k=10 hop -1 10 -2 BER 10 -3 10 -4 10 -5 10 10 15 Es/No 20 25 30 Hình 5.10: BER theo số lượng relay cố định với tổng công suất nhau, dùng điều chế M-QAM môi trường thông tin kênh truyền không đầy đủ Nhận xét:  Tỷ lệ lỗi bit BER tăng dùng kiểu điều chế M-QAM với M tăng Vì vậy, tùy trường hợp thực tế chất lượng dung lượng kênh truyền mà định chọn kiểu điều chế cho phù hợp 5.5.3 Mô BER theo số lượng relay cố định 9, với công suất phát Relay thay đổi theo tỉ lệ 4, 3, 2, 1, 1/2 , 1/3, 1/4, 1/5 so với công suất phát Relay Trang 56 HVTH: Nguyễn Việt Nghĩa CBHD: TS Huỳnh Tường Nguyên TS Hồ Văn Khương Mơ hình hệ thống tương tự hình 5.8, với công suất phát Relay thay đổi theo tỉ lệ với công suất phát node nguồn S, 4, 3, 2, 1, 1/2, 1/3, 1/4, 1/5 Số lượng Relay nằm tuyến tính từ node nguồn S tới node đích D So sánh BER mơ hình với Relay có cơng suất phát khác dùng kiểu điều chế 2-QAM Kết quả: 10 2-QAM 1xPower 2-QAM 1/2xPower 2-QAM 1/3xPower 2-QAM 1/4xPower 2-QAM 1/5xPower 2-QAM 2xPower 2-QAM 3xPower 2-QAM 4xPower -1 10 -2 BER 10 -3 10 -4 10 -5 10 -6 10 10 15 Es/No 20 25 30 Hình 5.11: BER theo số lượng relaycố định với công suất phát Relay thay đổi, dùng điều chế 2-QAM môi trường thông tin kênh truyền không đầy đủ Nhận xét:  Tỷ lệ lỗi bit BER tăng công suất phát Relay giảm theo tỉ lệ với công suất phát node nguồn S Ví dụ, BER mơ hình dùng Relay có cơng suất phát 1/2 công suất phát nguồn cho BER tốt so với mơ hình dùng Relay có cơng suất phát 1/3, 1/4, 1/5 so với công suất phát Relay Trang 57 HVTH: Nguyễn Việt Nghĩa CBHD: TS Huỳnh Tường Nguyên TS Hồ Văn Khương  Ngược lại, tỷ lệ lỗi BER giảm công suất phát Relay tăng gấp 2, gấp so với công suất phát node nguồn S  Vì vậy, tùy vào điều kiện thực tế, cơng suất node hữu hạn nên tùy trường hợp cụ thể mà chọn công suất phát Relay cho phù hợp với yêu cầu thực tế 5.5.4 Mô BER theo số lượng pilot symbol Phần dùng mơ hình hệ thống hình 5.8 với số lượng Relay xếp tuyến tính với khoảng cách từ nguồn S tới node đích D Phần so sánh BER mơ hình dùng điều chế M-QAM với số lượng pilot thay đổi Từ đó, chọn số lượng pilot thích hợp Kết quả: Hình 5.12: BER ứng với số lượng pilot, với số Relay 9, dùng kiểu điều chế M-QAM môi trường thông tin kênh truyền không đầy đủ Trang 58 HVTH: Nguyễn Việt Nghĩa CBHD: TS Huỳnh Tường Nguyên TS Hồ Văn Khương Nhận xét:  Tỷ lệ lỗi bit BER tăng theo số lượng pilot symbols tăng, nhiên việc tăng số lượng pilot symbol làm suy giảm cơng suất tốc độ liệu.Theo kết mơ số lượng pilot symbol ảnh hưởng không nhiều đến tỷ lệ lỗi bit BER Theo [18] số lượng pilot symbols Lp = xem tối ưu Dựa vào kết ta thấy, chọn với Lp=4 tối ưu với Lp > BER giảm không đáng kể 5.5.5 Mô BER hệ thống với tổng công suất phát, băng thông môi trường thông tin kênh truyền không đầy đủ Các mơ hình so sánh hệ thống trường hợp: tổng công suất băng thông mà chưa so sánh hệ thống có cơng suất thơng với Phần so sánh BER mơ hình hệ thống cho có tổng cơng suất băng thơng Để đạt điều dùng mơ sau:  Mơ hình 1: dùng Relay, dùng điều chế 4-QAM  Mô hình 2: dùng 2Relay, dùng điều chế 8-QAM  Mơ hình 3: dùng Relay, dùng điều chế 16-QAM  Mơ hình 4: dùng Relay, dùng điều chế 32-QAM  Mơ hình 5: dùng Relay, dùng điều chế 64-QAM Các mơ hình có tổng cơng suất phát Tương tự phần mô phần 5.5.1 Trang 59 HVTH: Nguyễn Việt Nghĩa CBHD: TS Huỳnh Tường Nguyên TS Hồ Văn Khương Kết quả: 10 4QAM relay 8QAM relay 16QAM relay 32QAM relay 64QAM relay -1 BER 10 -2 10 -3 10 -4 10 10 15 Es/No 20 25 30 Hình 5.13: BER ứng với mơ hình hệ thống băng thơng tổng công suất phát môi trường thông tin kênh truyền không đầy đủ Nhận xét:  Tỷ lệ lỗi bit BER nhỏ hệ thống Relay dùng kiểu điều chế 4- QAM Biểu đồ BER mơ hình 8-QAM Relay, 16-QAM gần trùng SNR lớn 15 [dB] Biểu đồ BER mơ hình dùng điều chế 32-QAM, Relay cho kết tốt so với biểu đồ BER mơ hình dùng điều chế 64-QAM, Relay  Như vậy, với điều kiện băng thơng tổng cơng suất phát mơ hình hệ thống với Relay hơn, dùng kiểu điều chế thấp cho tỷ lệ lỗi BER nhỏ Trang 60 HVTH: Nguyễn Việt Nghĩa CBHD: TS Huỳnh Tường Nguyên TS Hồ Văn Khương 5.6 Kết luận Sau q trình phân tích thay đổi tỷ lệ lỗi bit BER theo thông số mạng relay vô tuyến hợp tác với thông tin kênh truyền không đầy đủ, rút nhận xét sau:  Tỷ lệ lỗi bit BER mạng relay vô tuyến hợp tác trường hợp thông tin kênh truyền không đầy đủ lớn trường hợp thông tin kênh truyền đầy đủ Tỷ lệ lỗi bit BER tăng sai lệch ước lượng kênh truyền gây  Tỷ lệ lỗi bit BER mạng relay vô tuyến hợp tác trường hợp thông tin kênh truyền không đầy đủ dùng điều chế M-QAM tăng M tăng  Tỷ lệ lỗi bit BER tăng theo tăng theo hệ số mũ suy hao khơng gian α tùy thuộc vào vị trí relay mơ hình hợp tác Dựa vào điều kiện mơi trường thực tế biết giá trị α, từ đánh giá đươc suy hao đường truyền BER  Tỷ lệ lỗi BER nhỏ nằm node nguồn, node thu, có tọa độ (0.5.0) Điều có ý nghĩa quan trọng, dùng để lựa chọn vị trí Relay hệ thống có Relay cần xác định xem vị trí Relay đặt đâu cho BER nhỏ mơi trường thơng tin kênh truyền không đầy đủ  Tỷ lệ lỗi BER theo số lượng relay thay đổi với tổng công suất kiểu điều chế M-QAM môi trường thơng tinh kênh truyền khơng đầy đủ tăng số lượng Relay hệ thống lên tỷ lệ lỗi BER giảm  Tỷ lệ lỗi BER với số lượng relay cố định tổng công suất phát hệ thống dùng kiểu điều chế M-QAM môi trường thông tinh kênh truyền không đầy đủ M tăng lên tức băng thông điều chế nhiều bit thông tin tỷ lệ lỗi BER tăng Trang 61 HVTH: Nguyễn Việt Nghĩa CBHD: TS Huỳnh Tường Nguyên TS Hồ Văn Khương  Tỷ lệ lỗi BER theo số lượng relay cố định nằm tuyến tính với nhau, với công suất phát Relay thay đổi theo tỉ lệ 4, 3, 2, 1, 1/2 , 1/3, 1/4, 1/5 so với cơng suất phát Relay cơng suất phát Relay lớn tỷ lệ lỗi BER giảm  Số lượng pilot symbol ảnh hưởng đến BER, tăng số lượng pilot symbol BER mạng hợp tác giảm Tuy nhiên, tăng số lượng pilot symbol Lp đến ngưỡng BER giảm khơng thay đổi nên cần phải chọn lựa Lp cho hợp lý Thông thường chọn Lp = nhằm đảm bảo BER thấp không ảnh hưởng đến tốc độ liệu suy giảm công suất Theo kết phân tích Lp ảnh hưởng khơng nhiều đến tỷ lệ lỗi bit BER  BER hệ thống với tổng công suất phát, băng thông môi trường thơng tin kênh truyền khơng đầy đủ mơ hình hệ thống với Relay hơn, dùng kiểu điều chế thấp cho tỷ lệ lỗi BER nhỏ  Như vậy, tỷ lệ lỗi bit BER phụ thuộc nhiều vào số lượng relay,vị trí cơng suất phát relay Không phải lúc tăng số lượng relay BER giảm mà cịn phụ thuộc vào vị trí, kiểu điều chế cơng suất phát relay Vì vậy, cần phải nghiên cứu đưa phương pháp lựa chọn số lượng, vị trí, cơng suất relay cho tối ưu nhằm đảm bảo vùng phủ sóng chất lượng mạng Vì vậy, thiết kế xây dựng mạng relay hợp tác đa hop yêu cầu phải lựa chọn thông số {kiểu điều chế, số lượng, công suất vị trí relay} cho tối ưu nhất, việc lựa chọn thơng số ngồi cịn phụ thuộc vào {α, Lp} thông tin kênh truyền không đầy đủ Trang 62 HVTH: Nguyễn Việt Nghĩa CBHD: TS Huỳnh Tường Nguyên TS Hồ Văn Khương CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN Kết luận Luận văn thực phân tích đánh giá chất lượng mạng relay hợp tác giải mã chuyển tiếp với thông tin kênh truyền không đầy đủ Luận văn giới thiệu mạng vô tuyến hợp tác, kỹ thuật sở lý thuyết hệ thống thông tin vô tuyến Từ sở lý thuyết, thực việc phân tích đánh giá chất lượng mạng relay giải mã chuyển tiếp với thông tin kênh truyền không đầy đủ trường hợp khác Chọn mô hình kênh truyền, sử dụng kỹ thuật ước lượng LMMSE để ước lượng kênh truyền thực so sánh chất lượng mạng so với trường hợp thông tin kênh truyền đầy đủ.Từ đưa biểu thức tính BER mạng hợp tác với thông tin kênh truyền không đầy đủ Phân tích chất lượng mạng khảo sát thay đổi BER theo thông số như: kiểu điều chế, thông tin kênh truyền đầy đủ hay khơng đầy đủ, số lượng, cơng suất vị trí relay, số lượng pilot symbol, hệ số mũ suy hao khơng gian Từ đó, nhận xét ảnh hưởng thông số chất lượng mạng đề xuất chọn thông số cho phù hợp Hướng phát triển luận văn Luận văn thực việc phân tích đánh giá chất lượng mạng relay giải mã chuyển tiếp môi trường có thơng tin kênh truyền khơng đầy đủ Luận văn phân tích điều kiện đường truyền trực tiếp xấu nên có đường từ node nguồn qua node relay tới đích, thiếu đường trực tiếp Vì vậy, tiến hành nghiên cứu thêm trường hợp có đường truyền trực tiếp từ nguồn tới đích, node đích dùng kỹ thuật như: kết hợp với tỉ lệ tối đa, hay kết hợp có lựa chọn Đồng thời, nghiên cứu kết hợp với phương pháp lựa chọn relay cho tối ưu Trang 63 HVTH: Nguyễn Việt Nghĩa CBHD: TS Huỳnh Tường Nguyên TS Hồ Văn Khương TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Bao, V N Q., H.Y Kong, “Error Probability Performance for Multi-hop Decode-and-Forward Relaying over Rayleigh Fading Channels”, Feb 15-18, 2009 ICACT 2009 [2] D.N Mitiku , O.C Lawrence, Thesis Cooperative Communication techniques in wireless networks, Blekinge Institute of Technology, October 2010 [3] S S Ikki, S A Dharrab and M Uysal, “Error Probability of DF Relaying with Pilot-Assisted Channel Estimation over Time-Varying Fading Channels”, IEEE Trans Vehi Tech., vol.61, pp.393-397, Jan.2012 [4] O Amin, S Said and M Uysal, “On the Performance Analysis of Multirelay Cooperative Diversity Systems With Channel Estimation Errors”, IEEE Trans Veh Technol , vol.60, no.5, pp.2050-2059, Jun.2011 [5] Khuong, H.V., “Impact of Imperfect Channel Information on BER of Underlay Cognitive DF Multi-hop Systems over Rayleigh Fading Channel”, Int J Commun Syst., 2012 [6] K Cho and D Yoon, “On the General BER Expression of One-and TwoDimensional Amplitude Modulations”, IEEE Trans Veh Commun., vol 50, pp 1074-1080, July 2002 [7] J G Proakis, Digital communications, 4th ed Boston: McGraw-Hill, 2001 [8] M K Simon and M.-S Alouini, Digital communication over fading channels, 2nd ed Hoboken, N.J.: John Wiley & Sons, 2005 [9] B Gedik, and M Uysal, “Two Channel Estimation Methods for Amplify-andForward Relay Networks”, IEEE Conf Elect Comp., 2008, pp.000615000618 [10] E Morgado, I Mora-Jiménez, J.J Vinagre, J Ramos, and A.J Caamaño, “End-to-End Average BER in Multihop Wireless Networks over Fading Channels”, IEEE Transactions on Wireless Communication Vol.9, No.8, August 2010 Trang 64 HVTH: Nguyễn Việt Nghĩa CBHD: TS Huỳnh Tường Nguyên TS Hồ Văn Khương [11] M Xiao and M Skoglund, “M-user cooperative wireless communications based on non-binary network codes”, IEEE Workshop Networking and Inform Theory, Volos, Jun 2009, pp 316-320 [12] Z Xing et al., “Performance Analysis of Multiuser Diversity inMultiuser TwoHop Cooperative Relay Wireless Networks”, Int Conf Commun., Beijing, May 2008, pp 337-341 [13] J N Laneman, G W Wornell and D.N.C Tse, “An Efficient Protocol for Realizing Cooperative Diversity in Wireless Networks”, in Proc IEEE ISIT, Washington, DC, June 2001, p 294 [14] J N Laneman, D N C Tse and G W Wornell, “Cooperative diversity in wireless networks: Efficient protocols and outage behaviour”, IEEE Trans Inform Theory, vol 50, no 12, pp 3062- 3080, Dec 2004 [15] A Sendonaris, E Erkip and B Aazhang, “User Cooperation Diversity Part I and Part II”, IEEE Trans Commun., vol 51, no 11, pp 1927–48, Nov 2003 [16] E.Telatar, "Capacity of multi-antenna Gaussian channels," vol 10, pp 585596, Dec 1999 [17] G.Foschini and M.J.Gans, "On limits of wireless communications in a fading enviroment when using multiple antennas," Wireless Personal Commun, vol 6, no 3, p 311, 1998 [18] C S Patel and G L Stüber, “Channel Estimation for Amplify and Forward RelayBased Cooperation Diversity Systems”, IEEE Trans.Wireless Commun., vol.6, no.6, pp.2348-2356, Jun.2007 [19] Thái T.Q., Phân tích mạng Relay giải mã chuyển tiếp nhận thức với thông tin kênh truyền không đầy đủ, Luận văn tốt nghiệp thạc sỹ, trường Đại học Bách Khoa TP.HCM, 2012 Trang 65 HVTH: Nguyễn Việt Nghĩa CBHD: TS Huỳnh Tường Nguyên TS Hồ Văn Khương LÝ LỊCH TRÍCH NGANG Lý lịch sơ lược: - Họ tên: NGUYỄN VIỆT NGHĨA - Ngày sinh: 04/11/1987 - Nơi sinh: Khánh Hịa - Quốc tịch: Việt Nam - Giới tính: Nam - Địa liên lạc: 112/30/13 Bùi Quang Là, P.12, Q.Gò Vấp, HCM - Phone: 0919.106.411 - E-mail: nguyenvietnghia411@gmail.com Quá trình đào tạo  Đào tạo đại học: - Hệ đào tạo: Chính quy - Thời gian đào tạo: từ 09/2005 đến 12/2009 - Nơi đào tạo: Học Viện Cơng Nghệ Bưu Chính Viễn Thơng Cơ sở - Ngành học: Điện tử - Viễn thông  Đào tạo thạc sĩ - Thời gian đào tạo: từ 08/2011 đến - Nơi đào tạo: Đại học Bách Khoa TpHCM - Ngành học: Kỹ thuật Điện tử Quá trình công tác chuyên môn kể từ tốt nghiệp đại học Thời gian Nơi công tác Chức vụ 08/2009 - 10/2010 Công Ty Vietnamobile Miền Nam Kỹ sư 10/2010 – 06/2013 Công Ty Vinaphone Khu Vực Kỹ sư Trang 66 HVTH: Nguyễn Việt Nghĩa ... TÀI: Đánh giá ảnh hưởng thông tin kênh truyền không đầy đủ lên mô hình thơng tin hợp tác II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: Đánh giá ảnh hưởng thông tin kênh truyền khơng đầy đủ lên mơ hình. .. TRUYỀN THÔNG HỢP TÁC .20 3.1 GIỚI THIỆU 20 3.2 TĨM TẮT LỊCH SỬ CỦA TRUYỀN THƠNG HỢP TÁC 21 3.3 CÁC PHA TRUYỀN CỦA TRUYỀN THÔNG HỢP TÁC 22 3.4 ỨNG DỤNG CỦA TRUYỀN THÔNG HỢP... KÊNH TRUYỀN KHÔNG ĐẦY ĐỦ 48 5.2.1 Mơ hình 48 5.2.2 Mô BER với điều chế M-QAM 48 5.2.3 Mô BER thông tin kênh truyền đầy đủ thông tin kênh truyền không đầy đủ