Truyền thông qua đa chặn thường xảy ra trong ad-hoc và mạng cảm biến, nơi các tín hiệu cần phải được chuyển tiếp qua nhiều nút trung gian. Trong các mạng tế bào, truyền thông đa chặng có thể xảy ra khi mạng được yêu cầu mở rộng tạm thời mà không phát triển cơ sở hạ tầng hoặc để đưa những điểm chết (chẳng hạn như trung tâm mua sắm ngầm hoặc đường hầm) vào vùng phủ sóng. Nghiên cứu đáng kể đã được thực hiện liên quan đến vấn đề lớp vật lý trong mạng hợp tác đa chặng .
2.3.1 Truyền thông chuyển tiếp dòng đa chặng.
Phân tích thống kê dừng trong mạng đa chặng rất cơ bản,với bộ truyền dẫn diễn ra qua N nút chuyển tiếp không tái tạo nối tiếp trong hình 2,5. Một biểu thức dạng kín của MGF có giới hạn của SNR toàn hệ thống với bộ chuyển tiếp sử dụng độ lợi kênh đảo (CSI hỗ trợ độ lợi giả định) của kênh trước đó để mở rộng quy mô được trình bày. Cụ thể, độ lợi kênh đảo thuận lợi cho các mạng lớn của các mạch chuyển tiếp nối tiếp hoặc xấp xỉ điều kiện SNR cao. Sử dụng một phương pháp khác, Karagiannidis nghiên cứu mạng nối tiếp và đơn giản SNR. Xác suất lỗi trung bình và xác suất dừng xuất hiện.
Tuy nhiên, các kết quả tính toán cho thấy, các giới hạn được nới lỏng như tăng SNR.
Gần đây hơn, BER (tỷ lệ lỗi bit) của mạng K đường truyền song song (KPP) với nhiều nhánh đã được nghiên cứu sử dụng MGF dựa trên tiếp cận với chuyển tiếp AF trong kênh fading tổng quát .Tuy nhiên, những biểu thức dạng kín cho CDF hoặc PDF của SNR toàn hệ thống không được trình bày. Đặc biệt, các biểu thức chính xác của PDF và CDF của SNR toàn hệ thống liên quan đến biến đổi Laplace ngược trong một biểu thức toán học nan giải, thường là kiềm chế tác giả để đánh giá hiệu suất bằng số chứ không phải thể hiện bằng biểu thức dạng kín.
S D
25
Hình 2.6:Mạng chuyển tiếp đa chặng nối tiếp .
Mạng đa chặng với nhiều đường đã được nghiên cứu. Xác suất dừng và xác suất lỗi giới hạn trên cho các mạng đa chặng sử dụng chuyển tiếp DF và AF. Bốn mô hình mạng cơ bản đã được xem xét: các mạng đa chặng AF, mạng đa chặng DF, AF chuyển tiếp đa chặng nhiều kênh và DF chuyển tiếp nhiều kênh đa chặng (hình.2.6). Nó cho thấy mạng đa nhánh đa chặng tốt hơn các mạng dòng đa chặng. Ngoài ra, các mạng AF thực hiện tốt hơn so với các mạng DF.Thông tin phản hồi và nhiễu trong mạng đa chặng cũng đã được bàn đến.
R 1,1
R1,2
S D
R 1,k
Hình 2.7:Mạng chuyển tiếp đa nhánh đa chặng.
2.3.2 Truyền thông chuyển tiếp đa nhánh đa chặng
Loại thứ hai của mạng chuyển tiếp đa chặng bao gồm nhiều nhánh truyền các thông tin một cách song song và mỗi nhánh có một loạt các các nút chuyển tiếp (hình.2.7). Mạng thông tin liên lạc như vậy với nhiều kênh song song trong đa chặng đã được nghiên cứu. Lớp chuyển tiếp với nhiều bộ chuyển tiếp sử dụng ănten đơn và đa ănten trong một fading Rayleigh phẳng đã được thảo luận, cho cả giao thức chuyển tiếp DF và AF.
Phân tích sự đa dạng của mạng chuyển tiếp dòng đa chặng của N - 1 lớp với kích thước mạng cố định tại SNR cao. Các giới hạn trên sự đa dạng ghép kênh cân bằng đã được đặt cho cụm chuyển DF và phi cụm chuyển tiếp AF. Kết quả cho thấy, trong mạng phi cụm AF chuyển tiếp có thể đạt được độ lợi tối đa. Hơn nữa, một chiến lược chuyển tiếp flip-and-forward (FF) đã được đề xuất giúp đạt được cả sự đa dạng tối đa lẫn độ lợi ghép kênh trong mạng đa chặng với phân bố của kích thước mạng tùy ý. Áp dụng phân bố STBC là một vấn đề rất thú vị trong các mạng không dây hợp tác, tuy nhiên, tính
26
xác thực các nút và các kênh phụ thuộc vào quá trình fading nhanh có thể đề ra những thách thức trong việc thực hiện. Sử dụng STBCs sau đó nghiên cứu một mạng đa chặng cho cả hai kênh fading phẳng và tần số chọn lọc. Các phân tích toán học đã được cung cấp cho các bài viết chỉ hai chặng. Do các mạng đa chặng song song có thể cung cấp độ lợi ghép kênh cũng như tăng sự đa dạng, việc ghép kênh đa dạng cân bằng (DMT) với SNR cao đã được nghiên cứu trong các mạng như vậy và trong mạng MIMO đa chặng . Nghiên cứu đó cho thấy rằng nhiều ănten mạng nguồn-đích với k lớp chuyển tiếp có thể đạt được một mức độ tự do bằng số lượng của ănten nguồn tại SNR tiệm cận khi số lượng các lớp là cố định và mỗi lớp chuyển tiếp có một số chuyển tiếp là tương tự như số lượng anten nút nguồn. Kết quả DMT sử dụng nhiều mạng truyền dẫn song song và phân lớp khác nhau đã cho thấy rằng một (K, N) mạng thường xuyên (K con đường song song và N chặng) có thể đạt được một sự đa dạng của K (1 - r) ,trong đó r là độ lợi ghép kênh được xác định như một tốc độ ngưỡng đề ra R, R = r log (SNR).
Xem xét các liên kết trong một mạng đa đa nhánh đa chặng, MGF được phân tích dựa trên hiệu suất đã được thực hiện. Bộ chuyển tiếp AF hỗ trợ CSI đã được sử dụng cho các mạng lớn nhằm giảm sự phức tạp trong biểu hiện SNR toàn hệ thống. Tác giả cung cấp kết quả trên xác suất dừng và xác suất lỗi trung bình ở dạng tách rời sử dụng cách tiếp cận dựa trên MGF. Tuy nhiên, toàn bộ MGF chưa được giải quyết cho SNR toàn hệ thống, đó là công thức toán học khá phức tạp; thay vì kết quả mô phỏng SEP và xác suất dừng được trình bày. Các tác giả phát triển các mô hình MGF cho nhiều kênh fading khác nhau, chẳng hạn như Rayleigh, Nakagami-m, n, q, Lognormal, Weibull kết hợp Gamma và Lognormal tạo nên mô hình fading. Các phân tích cung cấp một khuôn khổ toán học để nghiên cứu một mạng tương tự như trong luận án này.
2.3.3 Cơ hội chuyển tiếp trong truyền thông chuyển tiếp đa chặng.
Trong phần này, chúng ta sẽ thảo luận cách chuyển tiếp khác và lựa chọn tuyến đường tối ưu. Trong các mạng đa chặng vấn đề lựa chọn chuyển tiếp có thể được xem như là lựa chọn con đường tốt nhất trong các mạng lớn. Giao thức lựa chọn khác nhau cho các mạng đa chặng đã được thảo luận rộng rãi trong lớp định tuyến mạng ad-hoc hoặc cảm biến mạng. Một số tài liệu đã khảo sát vấn đề là lựa chọn chuyển tiếp tối ưu. Lựa chọn tối ưu của các chuyển tiếp với mục tiêu tối đa hóa SNR, giảm thiểu SEP hay tối đa hóa hiệu quả băng thông đã được nhiều tác giả quan tâm trong mạng hai chặng. Nghiên cứu
27
thu được các gói SEP của mạng chuyển tiếp đa nhánh hai chặng. Các con đường chuyển tiếp tốt nhất được lựa chọn sao cho thu SNR tối đa tại điểm đích. Nghiên cứu lựa chọn con đường tối ưu hóa số liệu xác suất dừng trong các mạng chuyển tiếp DF được xem xét. Nó cho thấy rằng con đường tối ưu sẽ đạt được sự đa dạng đầy đủ trong một mạng tập trung. Tuy nhiên, để thực hiện như một giao thức tối ưu hóa mạng trong một mạng hợp tác lớn sẽ đòi hỏi rất nhiều phí phản hồi CSI. Lấy vấn đề thông tin phản hồi vào tính toán, nó cũng đề xuất một giao thức định tuyến ad-hoc, nơi chọn chuyển tiếp tại mỗi hop sử dụng kiến thức kênh địa phương. Kết quả cho thấy rằng giao thức định tuyến ad-hoc được đề xuất có thể đạt được sự đa dạng đầy đủ cũng như định tuyến tối ưu, tuy nhiên, so với định tuyến hiệu suất tối ưu xác suất dừng làm giảm tuyến tính với số chặng.