MẠNG CHUYỂN TIẾP HAI CHIỀU VỚI THU THẬP NĂNG LƯỢNG TRÊN KÊNH TRUYỀN NAKAGAMI m

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ BỘ MÔN KỸ THUẬT MÁY TÍNH - VIỄN THƠNG ۞ MẠNG CHUYỂN TIẾP HAI CHIỀU VỚI THU THẬP NĂNG LƯỢNG TRÊN KÊNH TRUYỀN NAKAGAMI-M BÁO CÁO MINI PROJECT MÔN HỌC THỰC HÀNH KỸ NĂNG NGHỀ CHUYÊN NGÀNH: CNKT ĐIỆN TỬ - TRUYỀN THÔNG SVTH: DƯƠNG THỊ HỒNG DIỄM MSSV: 17141170 NGUYỄN QUANG HUY MSSV: 17141184 TP HỒ CHÍ MINH - 10/2021 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ BỘ MƠN KỸ THUẬT MÁY TÍNH - VIỄN THƠNG ۞ MẠNG CHUYỂN TIẾP HAI CHIỀU THU THẬP NĂNG LƯỢNG TRÊN KÊNH TRUYỀN NAKAGAMI-M BÁO CÁO MINI PROJECT MÔN HỌC THỰC HÀNH KỸ NĂNG NGHỀ CHUYÊN NGÀNH: CNKT ĐIỆN TỬ - TRUYỀN THÔNG SVTH: DƯƠNG THỊ HỒNG DIỄM MSSV: 17141170 NGUYỄN QUANG HUY MSSV: 17141184 TP HỒ CHÍ MINH - 10/2021 MỤC LỤC MỤC LỤC I DANH MỤC HÌNH III CÁC TỪ VIẾT TẮT IV CHƯƠNG - TỔNG QUAN 1.1 GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI 1.2 MỤC TIÊU ĐỀ TÀI 1.3 NHIỆM VỤ VÀ GIỚI HẠN ĐỀ TÀI 1.3.1 Nhiệm vụ 1.3.2 Giới hạn 1.4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 1.5 BỐ CỤC ĐỀ TÀI CHƯƠNG - CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 TRUYỀN THÔNG HỢP TÁC 2.1.1 Tổng quan mạng truyền thông hợp tác 2.1.2 Mạng chuyển tiếp hợp tác 2.1.3 Các kỹ thuật xử lý tín hiệu nút chuyển tiếp 2.1.4 Mạng hai chiều truyền thông hợp tác 2.2 THU THẬP NĂNG LƯỢNG 2.2.1 Mơ hình thu thập lượng 2.2.2 Các giao thức thu thập lượng truyền thông hợp tác 10 2.3 PHƯƠNG PHÁP TRIỆT CAN NHIỄU LIÊN TIẾP (SIC) 14 2.4 KÊNH TRUYỀN NAKAGAMI-M FADING 14 2.4.1 Mơ hình hệ thống 15 2.4.2 Xác suất dừng 16 I CHƯƠNG - MÔ HÌNH HỆ THỐNG 17 3.1 MƠ HÌNH HỆ THƠNG 17 3.2 THU THẬP NĂNG LƯỢNG DẠNG PHÂN CHIA CÔNG SUẤT 18 3.3 THU THẬP NĂNG LƯỢNG DẠNG PHÂN CHIA KHE THỜI GIAN 21 3.4 XÁC SUẤT DỪNG 22 3.4.1 Xác xuất dừng nút nguồn 𝑺𝟏 22 3.4.2 Xác suất dừng nút nguồn 𝑺𝟐 23 CHƯƠNG - KẾT QUẢ MÔ PHỎNG 24 4.1 CÁC THÔNG SỐ MÔ PHỎNG 24 4.2 LƯU ĐỒ GIẢI THUẬT 25 4.2.1 Lưu đồ giải thuật tổng quát cho hai phương pháp thu thập lượng 25 4.2.2 Lưu đồ giải thuật chương trình mô nút S1 25 4.2.3 Lưu đồ giải thuật chương trình mơ xác suất dừng nút S2 28 4.3 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG 30 4.3.1 Xác suất dừng thu thập lượng phân chia theo thời gian 30 4.3.2 Xác suất dừng thu thập lượng phân chia theo công suất 31 CHƯƠNG - KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 32 5.1 KẾT LUẬN 32 5.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN 32 TÀI LIỆU THAM KHẢO 33 II DANH MỤC HÌNH Hình 2.1: Ứng dụng truyền thông hợp tác mạng: a) mạng di động, b) mạng adhoc Hình 2.2: Mơ hình hệ thống truyền thông hợp tác Hình 2.3: Kỹ thuật khuếch đại chuyển tiếp AF Hình 2.4: Kỹ thuật giải mã chuyển tiếp DF Hình 2.5: Mơ hình mạng chuyển tiếp hai chiều Hình 2.6: Mơ hình mạng truyền thơng hợp tác truyền lượng liệu Hình 2.7: Mơ hình mạng hai chiều thu thập lượng nút nguồn S 10 Hình 2.8: Giao thức thu thập lượng phân chia theo thời gian 11 Hình 2.9: Sơ đồ khối xử lý nút nguồn thông tin giao thức TS 11 Hình 2.10: Giao thức thu thập lượng phân chia theo công suất 12 Hình 2.11: Sơ đồ khối xử lý nút thu phát S theo giao thức PS 13 Hình 2.12: Mơ hình kênh truyền máy phát máy thu hệ thống truyền thông hợp tác 15 Hình 3.1: Mơ hình hệ thống chuyển tiếp hai chiều thu thập lượng 17 Hình 4.1: Lưu đồ chương trình 25 Hình 4.2: Lưu đồ chương trình mơ xác suất dừng S1 27 Hình 4.3: Lưu đồ chương trình mơ xác suất dừng nút S2 29 Hình 4.4: Mơ xác suất dừng hai nút S1 S2 theo giao thức TS 30 Hình 4.5: Mơ xác suất dừng hai nút S1 S2 theo giao thức PS 31 III CÁC TỪ VIẾT TẮT Từ viết tắt Tiếng anh Tiếng việt RF Radio Frequency Sóng siêu âm vơ tuyến điện AF Amplify and Forward Khuếch đại chuyển tiếp DF Decode and Forward Giải mã chuyển tiếp LoS Line of Sine Đường truyền trực tiếp BS Base Station Trạm sở TS Time Switching Chuyển mạch theo thời gian PS Power Splitting Phân chia theo công suất AWGN Additive White Gaussian Noise Nhiễu Gauss trắng cộng SNR Signal-to-Noise Ratio Tỉ lệ tín hiệu nhiễu EH Energy Harvesting Thu thập lượng SIC Successive Interference Kỹ thuật triệt can nhiễu Cancellation BER Bit-error-rate Tỉ lệ lỗi bit QoS Quality-of-service Chất lượng dịch vụ IV CHƯƠNG - TỔNG QUAN 1.1 GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI Trong năm gần đây, mạng truyền thơng khơng dây, hay cịn gọi mạng vô tuyến, đà phát triển mạnh mẽ Việt Nam Khơng giống kết nối có dây, với kết nối khơng dây, người dùng di chuyển tự truy cập vào mạng từ vị trí khu vực có phủ sóng vơ tuyến So với mạng hữu tuyến, mạng vô tuyến mang lại nhiều lợi ích thiết thực đời sống đại, khơng phải điều kiện địa hình hay môi trường phù hợp để triển khai mạng hữu tuyến, việc triển khai mạng hữu tuyến tốn thời gian chi phí vào lắp đặt hạ tầng mạng, điều khiến cho mạng hữu tuyến trở nên không hiệu nhiều trường hợp, đặc biệt tình khẩn cấp chiến tranh, thiên tai, cứu hộ cứu nạn… Các mạng truyền thông khơng dây nói chung dễ dàng triển khai thiết lập, dễ dàng thêm bớt người dùng truy cập vào mạng không dây với thiết bị sẵn có mà khơng cần nối dây hay lắp đặt khác, góp phần tiết kiệm chi phí quản lý trì mạng Do đó, mạng truyền thông không dây đã, ngày chiếm niềm tin ưu người dùng, nhà cung cấp dịch vụ Với xu hướng số lượng thiết bị không dây ngày tăng, đạt tới 38,6 tỷ thiết bị giới vào năm 2025 theo nghiên cứu Strategy Analytics [1] khiến cho mật độ thiết bị không dây ngày cao, với phát triển khơng ngừng qua trình thị hóa, việc trao đổi thông tin thiết bị không dây với trạm sở (Base Station – BS) gặp nhiều khó khăn đường truyền trực tiếp (Line of Sine – LoS) chúng bị ảnh hưởng nhiễu hay vật cản Do đó, truyền thơng hợp tác (Cooperative Communications) đời nhằm cải thiện phạm vi phủ sóng mà khơng phải tăng cơng suất phát BS, góp phần giải vấn đề LoS nêu Ngoài vấn đề đường truyền, yếu tố lượng cung cấp cho cảm biến không dây mạng vô tuyến vấn đề đặc biệt quan tâm năm gần Điển hình, vấn đề thu thập lượng RF mạng vô tuyến nghiên cứu Alkheir cộng [2] Cũng có nhiều nghiên cứu truyền thông hợp tác kết hợp với thu thập lượng (Energy Harvesting – EH) đem lại hiệu việc nâng cao hiệu suất truyền thông D2D (Device-to-Device) Đối với hệ thống chuyển tiếp hai chiều với thu thập lượng, chưa có nhiều nghiên cứu kênh truyền Nakagami-m, mà nhiều cơng trình nghiên cứu phân tích kênh truyền fading Rayleigh [3, 4, 5, 6, 7] Tuy nhiên, nghiên cứu kênh truyền Nakagami-m có ý nghĩa khoa học nhiều tính tổng qt Mạng hai chiều song công chuyển tiếp AF (Amplify-and-Forward) thu thập lượng dạng phân chia công suất kênh truyền Nakagami-m Fading nghiên cứu Tan cộng [8] Lấy ý tưởng từ nghiên cứu trên, nhóm chúng tơi định chọn đề tài “Mạng chuyển tiếp hai chiều thu thập lượng kênh truyền Nakagami-m” làm đề tài nghiên cứu cho mini project, nhằm phân tích đánh giá hiệu hệ thống hai chiều với nút chuyển tiếp DF phát lượng giải mã kỹ thuật triệt can nhiễu SIC 1.2 MỤC TIÊU ĐỀ TÀI Trong đề tài này, nhóm chúng tơi tìm hiểu mạng chuyển tiếp hai chiều với nút chuyển tiếp sử dụng kỹ thuật giải mã chuyển tiếp, SIC phát lượng,sử dụng mơ hình Monte Carlo để mô đánh giá hiệu hệ thống thơng qua xác suất dừng Từ đưa kết luận định hướng phát triển cho đề tài 1.3 NHIỆM VỤ VÀ GIỚI HẠN ĐỀ TÀI 1.3.1 Nhiệm vụ - Tìm hiểu sở lý thuyết mạng truyền thông hợp tác, mạng hai chiều, kỹ thuật thu thập lượng vô tuyến kỹ thuật triệt can nhiễu - Phân tích mơ xác suất dừng hệ thống 1.3.2 Giới hạn Trong mô hình này, chúng tơi xem xét hai nút nguồn vừa truyền vừa nhận thông tin, nút chuyển tiếp dùng DF mà chưa xét đến nhiễu bên hay nút nghe khác Qua phân tích kỹ thuật thu thập lượng phân chia thời gian phân chia công suất, đánh giá hiệu hệ thống qua xác suất dừng 1.4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Đề tài lĩnh vực nghiên cứu phương pháp như: - Tìm kiếm tài liệu, báo, tạp chí liên quan đến đề tài ngồi nước - Phương pháp phân tích, phương pháp đánh giá, kiểm tra - Tiến hành kiểm tra đánh giá hệ thống cách mô 1.5 BỐ CỤC ĐỀ TÀI Chương 1: Tổng quan Trong chương này, chúng tơi trình bày khái qt mạng vơ tuyến, tình hình nghiên cứu, mục tiêu đề tài, nhiệm vụ giới hạn đề tài, phương pháp nghiên cứu bố cục đồ án Chương 2: Cơ sở lý thuyết Phần trình bày lý thuyết liên quan đến đề tài mạng truyền thông hợp tác, mạng hai chiều, kĩ thuật thu thập lượng, phương pháp triệt can nhiễu phương pháp đánh giá hệ thống Chương 3: Mơ hình hệ thống Ở chương này, chúng tơi trình bày cách xây dựng hệ thống phân tích xác suất dừng, tốc độ truyền tỉ lệ lỗi bit hệ thống Chương 4: Kết mơ nhận xét Trình bày giải thuật, đưa kết mơ từ đưa nhận xét ảnh hưởng khoảng cách truyền, tỉ lệ tín hiệu nhiễu (SNR), hiệu suất chuyển đổi lượng đến hệ thống phân tích chương Chương 5: Kết luận hướng phát triển Tổng kết đề tài đánh giá kết đạt Đồng thời đưa hướng nghiên cứu tiếp tục thực để phát triển đề tài tương lai Phần cuối đồ án danh mục tài liệu tham khảo phụ lục CHƯƠNG - CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 TRUYỀN THÔNG HỢP TÁC 2.1.1 Tổng quan mạng truyền thông hợp tác Từ cooperate từ ghép co- (với, nhau) operate (hoạt động, làm việc); đó, cooperate có nghĩa “làm việc nhau”, hay nói ngắn gọn hợp tác hay cộng tác Hợp tác trình nhóm thực thể làm việc hành động hướng tới đạt mục tiêu chung, lợi ích chung số lợi ích cá nhân Tương ứng, truyền thông hợp tác (Cooperative Communications) mạng vơ tuyến mà thiết bị khơng dây làm việc để đạt mục tiêu Cụ thể hơn, mạng truyền thơng hợp tác, thiết bị không dây nút (node) mạng, giao tiếp, trao đổi thơng tin với thiết bị khơng dây khác gần cần thiết, mà lúc thông qua trạm BS hay điểm truy cập [9] Chuyển tiếp Chuyển tiếp Đích Nguồn Nguồn a) Nguồn Chuyển tiếp Chuyển tiếp Đích Đích Nguồn b) Hình 2.1: Ứng dụng truyền thông hợp tác mạng: a) mạng di động, b) mạng ad-hoc (𝑃𝑆) 𝑦𝑅 (𝑃𝑆) ′ = √𝑃𝑆2 ℎ22 𝑥2 + 𝑛𝑅 (3.7) Tỉ lệ tín hiệu nhiễu nút R để giải mã tín hiệu thông tin 𝑥2 xác định sau: (𝑃𝑆) (𝑃𝑆) 𝑆𝑁𝑅𝑆2𝑅 = 𝑃𝑆2 |ℎ22 |2 = 𝛾 𝜂 𝑔12 𝑔22 𝑁0 Trong 𝛾 định nghĩa SNR truyền,  = (3.8) P N0 Như vậy, tốc độ đạt R để giải mã tín hiệu 𝑥2 nút nguồn 𝑆2 bằng: 𝑙𝑜𝑔2 (1 + 𝑆𝑁𝑅𝑆2 𝑅 ) (𝑃𝑆) 𝑅𝑆2𝑅 = (3.9) Sau giải mã thành công 𝑥1 𝑥2 , nút chuyển tiếp R thực mã hóa gói tin phương pháp mã hóa mạng kỹ thuật số Gói tin R sau mã hóa: 𝑥𝑅 = 𝑥1 ⊕ 𝑥2 (3.10) Trong khe thời gian cuối cùng, nút chuyển tiếp R truyền gói tin 𝑥𝑅 tới nút nguồn 𝑆1 𝑆2 Tín hiệu thu 𝑆𝑖 có dạng: (𝑃𝑆) 𝑦3𝑆𝑖 = √𝑃 ℎ3𝑖 𝑥𝑅 + 𝑛𝑖 , 𝑖 ∈ {1,2} (3.11) Khi đó, tỉ số tín hiệu nhiễu nút nguồn 𝑆𝑖 là: (𝑃𝑆) 𝑆𝑁𝑅𝑅𝑆𝑖 𝑃 |ℎ3𝑖 |2 = = 𝛾 𝑔3𝑖 𝑁0 (3.12) Tốc độ đạt 𝑆𝑖 để giải mã 𝑥𝑅 : (𝑃𝑆) 𝑅𝑅𝑆𝑖 = (𝑃𝑆) 𝑙𝑜𝑔2 (1 + 𝑆𝑁𝑅𝑅𝑆𝑖 ) (3.13) 𝑆1 𝑆2 nhận 𝑥𝑅 thực so sánh 𝑥𝑅 với tín hiệu để tìm tín hiệu mong muốn: Tại 𝑆1 : 𝑥𝑅 ⊕ 𝑥1 = 𝑥1 ⊕ 𝑥2 ⊕ 𝑥1 = 𝑥2 (3.14) Tại 𝑆2 : 𝑥𝑅 ⊕ 𝑥2 = 𝑥1 ⊕ 𝑥2 ⊕ 𝑥2 = 𝑥1 (3.15) 20 3.3 THU THẬP NĂNG LƯỢNG DẠNG PHÂN CHIA KHE THỜI GIAN Trong giao thức TS, toàn trình hoạt động hệ thống diễn thời gian T, đó, phần thời gian 𝛼𝑇 sử dụng để thu thập lượng, phần thời gian lại (1 − 𝛼)𝑇 sử dụng để truyền liệu, nửa ((1 − 𝛼 )𝑇/2) dùng để truyền thông tin từ nút nguồn 𝑆𝑖 tới nút R, nửa cịn lại dùng để truyền thơng tin từ R tới 𝑆𝑖 Trong khe thời gian thứ với khoảng thời gian 𝛼𝑇, tín hiệu mang lượng nhận nút nguồn 𝑆𝑖 sau: (𝑇𝑆) 𝑦1𝑆𝑖 = √𝑃ℎ1𝑖 𝑒 + 𝑛𝑖 , 𝑖 ∈ {1,2} (3.16) Năng lượng thu nút nguồn 𝑆𝑖 thời gian 𝛼𝑇 là: (𝑇𝑆) 𝐸𝑆𝑖 = 𝜂𝑃|ℎ1𝑖 |2 𝛼𝑇 (3.17) Tại khe thời gian thứ 2, nút nguồn 𝑆𝑖 sử dụng lượng thu thập (3.17) để phát tín hiệu 𝑥𝑖 đến nút chuyển tiếp R thời gian (1 − 𝛼)𝑇/2 Công suất phát 𝑆𝑖 tính cơng thức: (𝑇𝑆) (𝑇𝑆) 𝑃𝑆𝑖 = 𝐸𝑆𝑖 (1 − 𝛼)𝑇/2 = 𝜂𝑃|ℎ1𝑖 |2 𝛼𝑇 2𝛼𝜂𝑃|ℎ1𝑖 |2 = , (1 − 𝛼)𝑇/2 (1 − 𝛼 ) 𝑖 ∈ {1,2} (3.18) Tín hiệu nhận từ nút nguồn S1 S2 nút chuyển tiếp R mô tả sau: (𝑇𝑆) 𝑦𝑅 (𝑇𝑆) (𝑇𝑆) = √𝑃𝑆1 ℎ21 𝑥1 + √𝑃𝑆2 ℎ22 𝑥2 + 𝑛𝑅 (3.19) Tại nút chuyển tiếp R, tín hiệu thu xử lý theo phương pháp SIC Trong trường hợp khoảng cách từ R đến nút nguồn 𝑆1 ngắn hơn, 𝑑1 ≤ 𝑑2 , nút chuyển tiếp R thực giải mã tín hiệu 𝑥1 trước cách xem tín hiệu 𝑥2 can nhiễu Do đó, tỉ lệ tín hiệu nhiễu nút chuyển tiếp R để giải mã tín hiệu 𝑥1 là: (𝑇𝑆) (𝑇𝑆) 𝑆𝑁𝑅𝑆1 𝑅 = 𝑃𝑆1 |ℎ21 |2 (3.20) (𝑇𝑆) 𝑃𝑆2 |ℎ22 |2 + 𝑁0 Tốc độ đạt nút chuyển tiếp R để giải mã tín hiệu thơng tin 𝑥1 nút nguồn 𝑆1 cho bởi: 21 (𝑇𝑆) 𝑅𝑆1 𝑅 = (1 − 𝛼)𝑇/2 (1 − 𝛼) (𝑇𝑆) (𝑇𝑆) 𝑙𝑜𝑔2 (1 + 𝑆𝑁𝑅𝑆1𝑅 ) = 𝑙𝑜𝑔2 (1 + 𝑆𝑁𝑅𝑆1 𝑅 ) 𝑇 (3.21) Sau tín hiệu 𝑥1 giải mã loại bỏ SIC nút R, tín hiệu thu nút R lúc là: (𝑇𝑆) 𝑦𝑅 (𝑃𝑆) ′ = √𝑃𝑆2 ℎ22 𝑥2 + 𝑛𝑅 (3.22) Tỉ lệ tín hiệu nhiễu nút R để giải mã tín hiệu thơng tin 𝑥2 xác định bởi: (𝑃𝑆) (𝑇𝑆) 𝑆𝑁𝑅𝑆2 𝑅 = 𝑃𝑆2 |ℎ22 |2 𝑁0 (3.23) Tốc độ đạt R để giải mã tín hiệu 𝑥2 nút nguồn 𝑆2 bằng: (𝑇𝑆) 𝑅𝑆2 𝑅 = (1 − 𝛼 ) (𝑇𝑆) 𝑙𝑜𝑔2 (1 + 𝑆𝑁𝑅𝑆2𝑅 ) (3.24) Trong khe thời gian cuối cùng, nút chuyển tiếp R truyền gói tin 𝑥𝑅 tới nút nguồn 𝑆1 𝑆2 Tín hiệu thu 𝑆𝑖 có dạng: (𝑇𝑆) 𝑦3𝑆𝑖 = √𝑃 ℎ3𝑖 𝑥𝑅 + 𝑛𝑖 , 𝑖 ∈ {1,2} (3.25) Khi đó, tỉ số tín hiệu nhiễu nút nguồn 𝑆𝑖 là: (𝑇𝑆) 𝑆𝑁𝑅𝑅𝑆𝑖 𝑃 |ℎ3𝑖 |2 = = 𝛾 𝑔3𝑖 𝑁0 (3.26) Tốc độ đạt 𝑆𝑖 để giải mã 𝑥𝑅 : (𝑇𝑆) 𝑅𝑅𝑆𝑖 = (1 − 𝛼 ) (𝑇𝑆) 𝑙𝑜𝑔2 (1 + 𝑆𝑁𝑅𝑅𝑆𝑖 ) (3.27) 𝑆1 𝑆2 nhận 𝑥𝑅 thực phép XOR tương tự giao thức PS 3.4 XÁC SUẤT DỪNG 3.4.1 Xác xuất dừng nút nguồn 𝑺𝟏 Xác suất dừng OP nút nguồn 𝑆1 xác suất mà nút nguồn 𝑆1 khơng nhận tín hiệu 𝑥2 từ nút nguồn 𝑆2 Xác suất xảy ba trường hợp: Nút chuyển tiếp R khơng nhận tín hiệu từ nút nguồn 𝑆1 , nút chuyển tiếp R nhận tín hiệu từ nút nguồn 𝑆1 khơng nhận tín hiệu từ nút nguồn 𝑆2 , nút 22 chuyển tiếp R nhận tín hiệu từ 𝑆1 𝑆2 lúc truyền lại cho nút nguồn 𝑆1 thất bại Như vậy, xác suất dừng nút nguồn 𝑆1 tính tốn sau: 𝑂𝑃𝑆1 = 𝑃𝑟[𝑅𝑠1 𝑅 < 𝑅𝑡 ] + 𝑃𝑟[𝑅𝑆1 𝑅 ≥ 𝑅𝑡 , 𝑅𝑆2 𝑅 < 𝑅𝑡 ] +𝑃𝑟 [𝑅𝑠1 𝑅 ≥ 𝑅𝑡 , 𝑅𝑆2 𝑅 ≥ 𝑅𝑡 , 𝑅𝑅𝑆1 < 𝑅𝑡 ] (3.28) Từ công thức (3.28) viết gọn lại thành: 𝑂𝑃𝑆1 = 𝑂𝑃1 + 𝑂𝑃2 + 𝑂𝑃3 (3.29) 𝑂𝑃1 = 𝑃𝑟[𝑅𝑠1 𝑅 < 𝑅𝑡 ] (3.30) 𝑂𝑃2 = 𝑃𝑟[𝑅𝑆1 𝑅 ≥ 𝑅𝑡 , 𝑅𝑆2 𝑅 < 𝑅𝑡 ] (3.31) 𝑂𝑃3 = 𝑃𝑟 [𝑅𝑠1 𝑅 ≥ 𝑅𝑡 , 𝑅𝑆2𝑅 ≥ 𝑅𝑡 , 𝑅𝑅𝑆1 < 𝑅𝑡 ] (3.32) với: 3.4.2 Xác suất dừng nút nguồn 𝑺𝟐 Xác suất dừng OP nút nguồn 𝑆2 xác suất mà nút nguồn 𝑆2 khơng nhận tín hiệu 𝑥1 từ nút nguồn 𝑆1 Bao gồm trường hợp sau: Nút R khơng nhận tín hiệu từ 𝑆1 , nút R nhận tín hiệu từ 𝑆1 không truyền tới nút nguồn 𝑆2 Như vậy, xác suất dừng nút nguồn 𝑆2 tính tốn sau: 𝑂𝑃𝑆2 = 𝑃𝑟 [𝑅𝑠1 𝑅 < 𝑅𝑡 ] + 𝑃𝑟[𝑅𝑠1 𝑅 ≥ 𝑅𝑡 , 𝑅𝑆2𝑅 < 𝑅𝑡 ] = 𝑂𝑃1 + {1 − 𝑂𝑃1 } × 𝑃𝑟[𝑅𝑅𝑆2 < 𝑅𝑡 ] 23 (3.30) CHƯƠNG - KẾT QUẢ MÔ PHỎNG 4.1 CÁC THÔNG SỐ MÔ PHỎNG Trong chương này, kết mô xác suất dừng cho hai người dùng thực dựa phương pháp mơ Monte Carlo để đánh giá hệ thống chương Trong kết mô này, giả sử khoảng cách từ nút chuyển tiếp R đến nút nguồn S1 mét, khoảng cách từ nút chuyển tiếp R đến nút nguồn S2 mét Với hệ số suy hao đường truyền chúng tơi cố định PL = tốc độ liệu Rt = 0,5 (bit/s/Hz) Hiệu suất chuyển đổi lượng 0.9 Cơng suất phát nút chuyển tiếp R có giá trị từ -20 đến 40 (dBm) Công suất nhiễu hai nút S1 S2 -110 (dBm) Hệ số kênh truyền Nakagami-m Ngồi thơng số tồn khác biệt nho nhỏ hai phương pháp phân chia công suất phân chia theo khe thời gian thông số α Hệ số α dùng cho phương pháp phân chia theo thời gian 0.4 24 4.2 LƯU ĐỒ GIẢI THUẬT 4.2.1 Lưu đồ giải thuật tổng quát cho hai phương pháp thu thập lượng Hình 4.1 thể lưu đồ chương trình cho mơ xác suất dừng hai nút S1 S2 cách gọi hai chương trình OP_S1 cho việc mô xác suất dừng nút S1 OP_S2 cho việc mô xác suất dừng nút S2 Hình 4.1: Lưu đồ chương trình 4.2.2 Lưu đồ giải thuật chương trình mơ xác suất dừng nút S1 Hình 4.2 thể lưu đồ mơ xác suất dừng nút S1 sử dụng phương pháp mô Monte Carlo Đầu tiên tạo mảng chứa phần tử lỗi điểm S1 có tên CDF_SM1 với số phần tử mảng với số phần tử thông số cần xét, cụ thể mảng cơng suất phát nút R Bên cạnh đó, chúng tơi thiết lập thêm biến đếm kk biến số phần tử mảng lỗi, bit_num biến số lần thử nhằm phục vụ cho phương pháp Monte Carlo Sử dụng phương pháp Monte Carlo để tìm số lỗi cho phần tử mảng lỗi cách thực nhiều lần thử so với số mẫu thử cho trước (104) Đầu tiên xét biến kk nhỏ số phần tử mảng lỗi CDF_SM1 25 tiếp tục xét đến biến bit_num, biến nit_num nhỏ số mẫu thử tính tốn thơng số cần thiết cho việc mơ hệ thống cơng thức (3.28) 26 Hình 4.2: Lưu đồ chương trình mơ xác suất dừng S1 27 Nếu bit_num lơn số mẫu thử có nghĩa tìm lỗi tổng số mẫu thử lặp lại để tìm hết tất lỗi mẫu thử lại Nếu biến đếm kk lớn số phần tử mảng lỗi tứ tìm xong hết số lỗi cho phần tử mảng Tiếp theo chúng tơi tính OP cho nút S1, với cơng thức (3.28) cho nút S1 OP_S1 = số lỗi/số mẫu thử Sau chúng tơi vẽ đồ thị kết thúc chương trình.Lưu đồ giải thuật chương trình mơ nút S2 4.2.3 Lưu đồ giải thuật chương trình mô xác suất dừng nút S2 Tương tự lưu đồ giải thuật nút S1, thiết lập biến đếm mang tên kk bit_num với giá trị khởi tạo ban đầu Chức hai biến đếm tương tự có chức biến số phần tử mảng lỗi biến số lần thử Ở chương trình mơ nút S2 có khác biệt nhỏ so với chương trình nút S1 cơng thức Cơng thức sử dụng nút S2 để tính tốn thông số cần thiết cho việc mô công thức (3.30) Khi đổi công thức xong thực bước tương tự lưu đồ ta dễ dàng vẽ lưu đồ hình 4.3 bên 28 Hình 4.3: Lưu đồ chương trình mô xác suất dừng nút S2 29 4.3 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG 4.3.1 Xác suất dừng thu thập lượng phân chia theo thời gian Ở hình 4.4 mô xác suất dừng hai nút S1 S2 biện pháp thu thập lượng phân chia theo thời gian Ta quan sát thấy giá trị OP nút S1 giảm dần công suất phát nút chuyển tiếp R tăng lên Điều có nghĩa R có khả giải mã thành cơng cao tín hiệu chuyển từ nút S2 sang nút S1 Tiếp theo ta quan sát vào xác suất dừng nút S2, ta thấy nút S2 giá trị OP giảm dần OP S2 luôn nhỏ so với OP S1 Điều đồng nghĩa với việc R tín hiệu từ S1 chuyển sang S2 cao so với từ S2 chuyển sang S1 Hình 4.4: Mơ xác suất dừng hai nút S1 S2 theo giao thức TS 30 4.3.2 Xác suất dừng thu thập lượng phân chia theo cơng suất Tương tự hình 4.4, hình 4.5 ta thấy kết mô theo hai phương pháp thu thập lượng có kết tương đồng với Điều nói lên nút R có khả giải mã thành công cao ta tăng công suất phát R lên cao Và khả giải mã tín hiệu từ S1 đến S2 có khả thành cơng cao sơ với tín hiệu từ S2 đến S1 Hình 4.5: Mơ xác suất dừng hai nút S1 S2 theo giao thức PS 31 CHƯƠNG - KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 5.1 KẾT LUẬN Sau trình tìm hiểu thực hiện, thời gian kiến thức cịn hạn hẹp, nhóm thực đề tài đạt nội dung sau: - Đánh giá hiệu mạng hai chiều thông qua xác suất dừng - Sử dụng kỹ thuật thu thập lượng để tiết kiệm tài nguyên - Sử dụng triệt can nhiễu để nâng cao thông lượng cho mạng khảo sát - Tiến hành mô để khảo sát hiệu hệ thống - Mơ hình nghiên cứu ứng dụng vào kiến trúc (WSN - mạng cảm biến không dây) 5.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN - Mơ hình đề xuất phát triển mơ hình có nhiều nút nguồn - Mơ hình đề xuất phát triển mơ hình mà nút trang bị với nhiều ăngten - Để nâng cao tin cậy đánh giá hiệu hệ thống, đề tài đánh giá thêm tỉ lệ lỗi bit 32 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Help Net Security, "Number of connected devices reached 22 billion, where is the revenue?," 23 May 2019 [Online] Available: https://www.helpnetsecurity.com/2019/05/23/connected-devices-growth/ [Accessed 11 October 2021] [2] A A Alkheir, I S Al-Anbagi and H T Mouftah, "A Statistical Analysis of RF-Energy Harvesting in Wireless Networks," Ala Abu Alkheir, Canada, 2015 [3] C H Liu and F Xue, "Network Coding for Two-Way Relaying: Rate Region, Sum Rate and Opportunistic Scheduling," in 2008 IEEE International Conference on Communications, IEEE, 2008, pp 1044-1049 [4] H T Phuoc , P N Son and M Voznak, "Exact Outage Probability of Two-Way Decodeand-Forward NOMA Scheme with Digital Network Coding," in 2018 2nd International Conference on Recent Advances in Signal Processing, Telecommunications & Computing (SigTelCom), Ho Chi Minh City, IEEE, 2018, pp 102-106 [5] H T Phuoc, P N Son and M Voznak, "Exact Outage Probability of Two-Way Decodeand-Forward Scheme with Energy Harvesting from Intermediate Relaying Station," in Industrial Networks and Intelligent Systems, Ho Chi Minh, Pham Ngoc Son, 2018, pp 156166 [6] P N Son and H Y Kong, "Energy-Harvesting Relay Selection Schemes for Decode-andForward Dual-Hop Networks," in IEICE Trans Commu., vol E98, Ho Chi Minh, 2015, pp 2485-2495 [7] P N Son and H Y Kong, "Improvement of the two-way decode-and-forward scheme by energy harvesting and digital network coding relay," in Transactions on Emerging Telecommunications Technologies, Ho Chi Minh, 2015 [8] N N Tan, P V Duc, N H Nam, T Minh and N T Long, "Performance analysis for power-splitting energy harvesting based two-way full-duplex relaying network over nakagami-m fading channel," in TELKOMNIKA, vol 17, Ho Chi Minh, 2019, pp 15951603 33 [9] N H Gian, "Nghiên cứu mạng truyền thông hợp tác di động băng rộng với điều kiện thông tin trạng thái kênh truyền khơng hồn hảo," Nguyễn Hồng Giang, Đà Nẵng, 2017 [10] A A Nasir, X Zhou, S Durrani and R A Kennedy, Relaying Protocols for Wireless Energy Harvesting and Information Processing, vol 12, IEEE, 2013, pp 3622 - 3636 [11] N A Tuấn, "Nghiên cứu Giải Pháp Phân Tích, Đánh Giá Hiệu Năng Hệ Thống Thơng Tin Vơ Tuyến Thế Hệ Mới Sử Dụng Kỹ Thuật Thu Thập Năng Lượng Vô Tuyến," Bộ Thông tin Truyền thông - Học Viện Bưu Chính Viễn Thơng, Hà Nội, 2020 [12] Z Xinchen and M Haenggi, "The Performance of Successive Interference Cancellation in Random Wireless Networks," in IEEE Transactions on Information Theory, vol 60, IEEE, 2014, pp 6368 - 6388 [13] N C Beaulieu and C Christine, "Efficient Nakagami-m Fading Channel Simulation," in IEEE Transactions On Vehicular Technology, vol 54, IEEE, 2005, pp 413-424 [14] M Dipobagio, "An Overview on Ad Hoc Networks," Martinus Dipobagio, Berlin, 2009 [16] T M Hồng, Nghiên cứu hệ thống thơng tin chuyển tiếp sử dụng đa truy nhập không trực giao thu thập lượng vô tuyến nút chuyển tiếp, Hà Nội: Luận án tiến sỹ kỹ thuật, Học viện kỹ thuật quân sự, 2019 [17] I Gradshteyn and I Ryzhik, Table of Integrals, Series, and Products, ed., Academic Press, 2007, pp 892-905 [18] E Salahat and I Abualhaol, "General BER Analysis over Nakagami-m Fading Channels," 2015 34 ... PH? ?M KỸ THU? ??T TP HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ BỘ M? ?N KỸ THU? ??T M? ?Y TÍNH - VIỄN THƠNG ۞ M? ??NG CHUYỂN TIẾP HAI CHIỀU THU THẬP NĂNG LƯỢNG TRÊN KÊNH TRUYỀN NAKAGAMI- M BÁO CÁO MINI PROJECT M? ?N... Kỹ thu? ??t giải m? ? chuyển tiếp DF Hình 2.5: M? ? hình m? ??ng chuyển tiếp hai chiều Hình 2.6: M? ? hình m? ??ng truyền thông hợp tác truyền lượng liệu Hình 2.7: M? ? hình m? ??ng hai chiều thu. .. trên, nh? ?m chúng tơi định chọn đề tài ? ?M? ??ng chuyển tiếp hai chiều thu thập lượng kênh truyền Nakagami- m? ?? l? ?m đề tài nghiên cứu cho mini project, nh? ?m phân tích đánh giá hiệu hệ thống hai chiều