THAM SỐ MÔ PHỎNG - .KẾT CHƯƠNG - LUẬN văn THẠC sĩ- 123docz.net

2.3 .KẾT CHƯƠNG

3.1. THAM SỐ MÔ PHỎNG

Để thuận tiện trong đối chiếu so sánh, công suất nhiễu nhiệt tại các máy thu được chuẩn hoá với giá trị đơn vị (1). Đơn vị công suất nhiễu được chuẩn hố thành mW.

Cơng suất phát tối đa tại nút R là (tức là 1000mW).

Điều kiện SINR ràng buộc ở hệ thống truyền dẫn sơ cấp được mô phỏng ở điều kiện sau:

( 0)

Thuận tiện trong mô phỏng, ở nghiên cứu chọn giá trị yêu cầu (dB). Đây cũng là giá trị phổ biến được áp dụng đối với các trường hợp yêu cầu cao về SINR.

3.3.1. Phân bổ công suất tại nút R cho trường hợp truyền tin hợp tác kiểutruyển thống truyển thống

Cơng suất phát tín hiệu sơ cấp là ; cơng suất phát tín hiệu thứ cấp được xác định thông qua mối quan hệ như sau:

( 0)

Lưu ý rằng công thức trên thể hiện mối quan hệ giữa tín hiệu sơ cấp và thứ cấp trong mơ hình truyền thống là 2 tín hiệu độc lập với nhau.

Để bảo đảm điều kiện ( 0), nút R phải bảo đảm việc chọn và sao cho: ( 0)

Trường hợp chuẩn hoá (để thuận tiện mô phỏng đánh giá các yếu tố về cơng suất mà chưa cần quan tâm phân tích ảnh hưởng yếu tố về kênh truyền), biểu thức trên nội suy như sau:

( 0)

3.3.2. Mơ phỏng giải thuật tách sóng tại máy thu thứ cấp đối với trường hợp truyền tin hợp tác truyền thống

Để bảo đảm yếu tố so sánh chặt chẽ giữa giải pháp chia sẻ phổ bằng truyền tin hợp tác truyền thống với trường hợp đề xuất, ở phần mơ phỏng phương pháp tách sóng tại nút thu X (máy thu hệ thứ cấp) được lựa chọn để bảo đảm máy thu này có hiệu năng tốt nhất.

Với trường hợp tốt nhất, nếu hiệu năng của phương pháp truyền thống vẫn kém hơn hiệu năng của phương pháp đề xuất thì sẽ dễ dàng khẳng định về ưu thế rõ rệt của phương pháp chia sẻ phổ đề xuất.

Cụ thể trường hợp tách sóng để có hiệu quả tốt nhất của phương pháp chia sẻ phổ truyền thống là như sau:

GIẢI THUẬT 4: TÁCH SÓNG TẠI NÚT X – TRƯỜNG HỢP TRUYỀN THỐNG

1: Nếu thì

1.1: Ưu tiên tách sóng tín hiệu PU trước (0)

1.2: Khơi phục tín hiệu

1.3: Loại bỏ tín hiệu PU ra khỏi tín hiệu nhận

1.4: Tách sóng tín hiệu SU (0) Kết thúc hàm NẾU 2: Nếu thì 2.1: Tách sóng trực tiếp tín hiệu SU (0) Kết thúc hàm NẾU 3: Kết thúc Giải thuật

Áp dụng giải thuật trên cho trường hợp yêu cầu SINR cao () của hệ thống người dùng sơ cấp; phương pháp chia sẻ phổ tần số truyền thống có một số hệ quả như sau:

Trường hợp rất hiếm khi xảy ra và trường hợp chủ yếu xảy ra.

3.3.3. Phân bổ công suất tại nút R cho trường hợp truyền tin hợp tác đềxuất xuất

Công suất phát tại nút R được đặt tên là . Cơng suất phát tín hiệu sơ cấp tại nút này được ký hiệu là . Cơng suất phát tín hiệu thứ cấp được gọi tên là .

Căn cứ vào mô tả của giải thuật đề xuất cũng như thiết kế chòm sao (cơng thức số (11) và (12), thiết kế chịm sao tại công thức số (2) và (9)) của tín hiệu tổng hợp (xếp chồng của 2 tín hiệu sơ cấp và thứ cấp), mối quan hệ giữa các đại lượng là như sau:

( 0)

Không mất tính tổng qt, ta có thể biểu diễn giá trị là một hàm số theo và một tham số tuỳ biến sau:

(0) Tiếp tục đặt .

Bằng cách biểu diễn này, phương trình trên có thể được biểu diễn lại dễ hiểu như sau:

Với và cho trước, cơng suất có thể xác định như sau: (0)

Yêu cầu về điều kiện chia sẻ phổ

Điều kiện chia sẻ phổ được thể hiện qua cơng thức (1).

3.2. KẾT QUẢ MƠ PHỎNG: SO SÁNH TỶ LỆ LỖI KÝ HIỆU CỦA HAI HỆ THỐNG PU VÀ SU KHI THAY ĐỔI CƠNG SUẤT TÍN HIỆU THỨ CẤP.

Các thông số được thiết lập cho kịch bản mô phỏng này bao gồm: - Cơng suất phát tín hiệu của là 30 dBm

- Tham số được thiết lập là và . - Giá trị SINR yêu cầu là 10dB. - Kênh truyền

Xét điều kiện chia sẻ phổ tại công thức (1); công suất được chọn với giá trị sau

( 0)

Với việc lựa chọn như trên và thay đổi để bảo đảm sao cho (tức bảo đảm dưới 30dBm) thì điều kiện so sánh giữa giải pháp đề xuất và truyền thông là điều kiện chặt. Với điều kiện này, nếu giải pháp đề xuất cho kết quả tỷ lệ lỗi ký hiệu của phương pháp đề xuất thấp hơn hoặc bằng phương pháp truyền thống thì phương pháp đề xuất chứng tỏ được ưu điểm hơn phương pháp truyền thống.

3.3. SO SÁNH HIỆU NĂNG Ở HỆ THỨ CẤP

với trường hợp thay đổi cơng suất tín hiệu thứ cấp cho cả hai trường hợp chia sẻ truyền thống và đề xuất. Đồ thị đường đứt nét thể hiện SER tại nút X cho trường hợp chia sẻ truyền thống. Đồ thị đường liền thể hiện SER tại nút X cho trường hợp chia sẻ phổ theo phương pháp truyền thống.

Về kích cỡ các chịm sao điều chế hệ PU và SU được chọn mô phỏng bao gồm các trường hợp như bảng tổng hợp sau:

Trường hợp Kích cỡ chịm sao điều chế tín hiệu sơ cấp Kích cỡ chịm sao điều chế tín hiệu thứ cấp TH1 TH2 TH3

Hình 3.1 cho thấy đường đặc tính SER ở phương pháp truyền thống tồn

tại các điểm gãy A, B, C (tương ứng với các TH3, TH2, TH1). Nguyên nhân tồn tại các điểm gãy này là như sau:

- ( 20 Lưu ý ở điều kiện mô phỏng với yêu cầu SINR hệ thứ cấp rất cao (điều kiện (19)). Do vậy, trường hợp luôn luôn xảy ra trong điều kiện mô phỏng này. Trường hợp 2 của Giải thuật 4 sẽ không xảy ra ở điều kiện mô phỏng này.

- Các điểm gãy A, B, C của đồ thị ứng với phương pháp truyền thống có thể giải thích như sau. Do điều kiện (20) nên khi càng tăng làm cho giảm. Khi tăng ở mức vừa phải, hiệu năng giải mã tín hiệu sơ cấp tại nút X vẫn còn chấp nhận được (dòng 1.1. của Giải thuật 4). Hiệu quả loại bỏ nhiễu sơ cấp vẫn tốt (dịng 1.3 của Giải thuật 4) thì việc tăng cơng suất giúp cải thiện giá trị SER thứ cấp (dòng 1.3 của Giải thuật 4). Vì vậy, ta quan sát được SER giảm dần đến các điểm đứt gãy A, B, C khi tăng.

- Nhưng nếu tiếp tục tăng , lúc này giá trị trở nên quá bé, làm cho hiệu năng tách sóng tín hiệu sơ cấp (dịng 1.1. giải thuật 4) kém hẳn đến mức

không chấp nhận được. Kết quả việc loại bỏ tín hiệu nhiễu (ở dịng 1.3 Giải thuật 4) thay vì loại nhiễu lại làm tăng nhiễu. Quá trình này tiếp tục gây hại đáng kể vào bước tách sóng tín hiệu SU (dịng 1.4 Giải thuật 4). Kết quả là SER tăng như quan sát ở bên phải các điểm gãy A, B, C khi tiếp tục tăng .

Rõ ràng các điểm gãy này ứng với các giá trị SER tốt nhất mà giải pháp truyền thống đạt được.

Giải pháp chia sẻ phổ đề xuất khơng có các điểm gãy, đồ thị SER hệ thứ cấp giảm khi giá trị tăng. Các đồ thị này cũng có ba điểm đặc biệt là , và lần lượt tương ứng với các trường hợp , , . Các điểm này tương ứng với lúc đạt giá trị cao nhất. Nghĩa là không thể tăng đến 30 dBm mà phải bảo đảm sao cho điều kiện (28) được thoả mãn. Do vậy các điểm , và là điểm có SER hệ thứ cấp tốt nhất tương ứng với các trường hợp , , .

Có thể thấy rằng, khi so sánh giữa phương pháp đề xuất và phương pháp truyền thống ta cần so sánh các cặp điểm sau: A và T1, C và T2, B và X2. Dễ dàng nhận thấy các điểm T1, T2 và X2 có giá trị lần lượt thấp hơn các điểm A, C và B. Riêng giữa X2 và B có khoảng cách rất lớn. Điều này chứng tỏ, giải pháp đề xuất đã giải quyết được vấn đề can nhiễu (từ tín hiệu sơ cấp) vào tín hiệu thứ cấp như gặp phải ở trường hợp chia sẻ phổ truyền thống.

3.4. SO SÁNH HIỆU NĂNG Ở HỆ SƠ CẤP

Đặc tính SER của hệ sơ cấp được trình bày ở Hình 3.1. Biểu đồ SER

được khảo sát bằng cách thay đổi công suất của hệ thứ cấp (đối với trường hợp chia sẻ phổ truyền thống, đối với trường hợp chia sẻ phổ đề xuất). Các điểm đặc biệt bao gồm A, B, C, T1, T2, X2 như đã xuất hiện ở phần khảo trước (3.1) được đánh dấu ở hình này.

Lưu ý, ở phương pháp chia sẻ phổ đề xuất, các giá trị và (tương ứng với các giá trị khác nhau như công thức (28) đã nêu) không tạo tác động lên hệ

thống thứ cấp. Do vậy không được thể hiện ở 3.1. Tuy nhiên, Hình 3.2 phân biệt rõ các đường đặc tuyến SER ứng với mỗi giá trị . Rõ ràng, giá trị này có tác động lớn đến hiệu năng của hệ sơ cấp.

Giá trị tương ứng với trường hợp tín hiệu thứ cấp được xếp chồng ngay biên của tín hiệu sơ cấp (trường hợp nằm trùng với giá trị ở Hình ). Trường hợp (điển hình là trường hợp ) có hình dáng tương tự như minh họa tại Hình

2.3. Về mặt hình học, trường hợp làm cho khoảng cách Euclid giữa hai tín

hiệu sơ cấp cách xa nhau hơn so với trường hợp cịn lại. Điều này giải thích cho hiệu năng của SER sơ cấp (ở giải pháp chia sẻ phổ tần số đề xuất) tại gía trị tốt hơn.

Đường nét đứt thể hiện giá trị là đường thể hiện giá trị SER mà hệ thống sơ cấp yêu cầu phải chận trên. Nghĩa là mọi phương pháp chia sẻ phổ phải tuyệt đối bảo đảm và

So sánh giữa các đặc tuyến giữa giải pháp truyền thống và đề xuất ta nhận thấy thấy có một số đặc trưng sau.

Giải pháp đề xuất luôn bảo đảm điều kiện . Giải pháp truyền thống không bảo đảm khi ở miền giá trị cao (tiến đến giá trị 30 dBm). Ta thấy ở trường hợp , tại điểm C (là điểm mà hệ thứ cấp có giá trị tốt nhất) thì phương pháp đề xuất khơng bảo đảm điều kiện . Như vậy có thể khẳng định rằng, miền cho phép chia sẻ phổ của giải pháp đề xuất rộng hơn giải pháp truyền thống.

Xét về khả năng làm lợi cho hệ thống sơ cấp. Rõ ràng phương pháp truyền thống, hệ sơ cấp phải trả giá về hiệu năng nếu ưu tiên nhiều cho chia sẻ phổ tần số cho hệ thứ cấp ( càng cao thì can nhiễu càng lớn, cơng suất bố trí cho hệ sơ cấp càng thấp). Nếu so sánh các điểm tối ưu còn lại A, B với các điểm T1 và X2, ta có thể thấy rằng phương pháp đề xuất vẫn bảo đảm hiệu

năng của cả hai hệ PU và SU tốt hơn hẳn so với với phương pháp truyền thống.

Như vậy, có thể tóm lại rằng, bằng cách sắp xếp tín hiệu khoa học hơn (xem xét thêm cả đặc tính điều chế của tín hiệu PU – mà ở đây là tín hiệu PSK) để chọn loại tín hiệu SU và cách thức đính vào tín hiệu PU trong quá trình chia sẻ, giải pháp đề xuất đã chứng tỏ tạo ra được miền chia sẻ phổ cho hệ thứ cấp lớn hơn. Hơn nữa, việc tăng cơng suất tín hiệu thứ cấp cịn giúp hệ sơ cấp đạt hiệu năng tốt hơn.

Hình 3.1. Biểu đồ tỷ lệ ký hiệu của hệ thống người dùng thứ cấp khi thay đổi cơng suất phát tín hiệu thứ cấp.

thủ cơng thức ( 0).

2. Trường hợp đề xuất: Cơng suất phát tín hiệu thứ cấp là . Việc cấp phát công suất này tuân thủ hai điều kiện tại công thức số (21) và (22). Do hai điều kiện này:

Hình 3.2.. Biểu đồ tỷ lệ ký hiệu của hệ thống người dùng sơ cấp khi thay đổi cơng suất phát tín hiệu thứ cấp.

1.Trường hợp truyền thống: Cơng suất phát tín hiệu thứ cấp là . Việc cấp phát tuân thủ công thức ( 0).

KẾT LUẬN

Với phạm vi nghiên cứu giới hạn trong phạm vi băng cơ sở (base-band), nghiên cứu thực hiện ở luận văn này đề cập đến giải pháp chia sẻ phổ để sử dụng cho hệ người dùng thứ cấp.

Luận văn đã đạt được một số kết quả như sau. Trước hết là kiến thức tổng quan các mơ hình chia sẻ phổ hiện nay như U – DSA, O – DSA, v.v…

Ở các phần nghiên cứu sâu hơn, luận văn xem xét mơ hình chia sẻ phổ đơn giản để so sánh hai phương pháp chia sẻ phổ: truyền thống và đề xuất. Theo đó phương pháp truyền thống, việc sắp đặt tín hiệu SU vào tín hiệu PU trong q trình chia sẻ khơng quan tâm đến các đặc tính của tín hiệu PU. Phương pháp kết hợp thuần t đó dẫn đến hệ quả, tín hiệu PU và SU gây nhiễu có hại cho nhau. Một phần nào đó đã được khẳng định bằng kết quả mơ phỏng ở Chương 3.

Bằng phương pháp sắp xếp có chú ý đến đặc tính của tín hiệu PU, ở đây khai thác đặc tính của tín hiệu M-ary PSK, tín hiệu SU được lựa chọn là loại M-ary PAM và được sắp đặt ra vùng bao ngồi của chịm sao M-ary PSK. Bằng cách làm đó, phương pháp đề xuất đã giải quyết được các nhược điểm trên của phương pháp truyền thống.

Ở nghiên cứu này, một số giải thuật giải điều chế gắn với các phương án sắp đặt tín hiệu như trên được trình bày cụ thể, kèm theo đó là các kết quả mơ phỏng tương ứng đã chứng tỏ rõ các khẳng định như trên.

Nghiên cứu ở luận văn này hạn chế chỉ xét đến trường hợp tín hiệu PU cụ thể, tín hiệu M-ary PSK. Những loại tín hiệu khác cần được tiếp tục đào sâu nghiên cứu để khai thác có hiệu quả các đặc tính để ứng dụng vào chia sẻ phổ. Đây cũng là hướng nghiên cứu tiếp theo của luận văn.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] T. T. Tran and K. H. Yun, "Exploitation of spatial diversity in a novel cooperative spectrum sharing method based on PAM and modified PAM modulation," Journal of Communication and Networks, vol. 16, no. 3, 2014.

[2] Q. Zhao and B. M. Sadler, "A survey of dynamic spectrum access,"

IEEE Signal Process. Mag., vol. 24, no. 3, pp. 79-89, 2007.

[3] T. Q. Duong, D. B. d. Costa, T. A. Tsiftsis, C. Zhong and A. Nallanathan, "Outage and diversity of cognitive relaying systems under spectrum sharing environments in Nakagami-m fading," IEEE Commun. Letters, vol. 15, no. 12, pp. 2075-2078, 2012.

[4] K. J. Kim, T. Q. Duong and X.-N. Tran, "Performance analysis of cognitive spectrum-sharing single-carrier systems with relay selection,"

IEEE Trans. Signal Proc., vol. 60, no. 12, pp. 6435-6449, 2012.

[5] M. Xia and S. Aissa, "Cooperative af relaying in spectrum-sharing systems: Performance analysis under average interference power constraints and Nakagami-m fading," IEEE Trans. Commun, vol. 60, no. 6, 2012.

[6] M. Xia and . S. Aissa, "Cooperative AF relaying in spectrum-sharing systems: Outage probability analysis under co-channel interferences and relay selection," IEEE Trans. Commun., vol. 60, no. 11, pp. 3252-3262, 2012.

[7] Z. Wang and W. Zhang, "Exploiting multiuser diversity with 1-bit feedback for spectrum sharing," IEEE Trans. Commun., vol. 62, no. 1, pp. 29-40, 2014.

[8] E. E. B. Olivo, D. P. M. Osorio and . D. B. d. Costa, "Outage performance of spectrally efficient schemes for multiuser cognitive

relaying networks with underlay spectrum sharing," IEEE Trans.

Wireless Commun., vol. 13, no. 12, pp. 6629-6642, 2014.

[9] K. J. Kim, T. Q. Duong and . H. V. Poor, "Outage probability of single- carrier cooperative spectrum sharing systems with decode-and- forward relaying and selection combining," IEEE Trans. Wireless Commun., vol. 12, no. 2, pp. 806-817, 2013.

[10] P. Yang, L. Luo and J. Qin, "Outage performance of cognitive relay networks with interference from primary user," IEEE Commun. Letters, vol. 16, no. 10, pp. 1695-1698, 2012.

[11] V. Asghari and S. Aissa, "End-to-end performance of cooperative relaying in spectrum-sharing systems with quality of service requirements," IEEE Trans. Veh. Technol., vol. 60, no. 6, pp. 2656-2668, 2011.

[12] F. A. Khan, K. Tourki, M.-S. Alouini and K. A. Qaraqe, "Delay performance of a broadcast spectrum sharing network in Nakagami-m fading," IEEE Trans. Veh. Technol., vol. 63, no. 3, pp. 1350-1354, 2014. [13] A. Afana, V. Asghari, A. Ghrayeb and S. Affes, "On the performance of

cooperative relaying spectrum-sharing systems with collaborative distributed beamforming," IEEE Trans. Commun., vol. 62, no. 3, pp. 857-871, 2014.

[14] T. T. Tran and H. Y. Kong, "A method to avoid mutual interference in a