Bài viết đề xuất mô hình truyền thông hai chặng đường lên với phương thức giải mã và chuyển tiếp (Decode and Forward-DF), ở đó nút chuyển tiếp hoạt động dựa trên cơ sở thu thập năng lượng bức xạ từ tần vô tuyến (RF) để cấp nguồn sử dụng cấu trúc chuyển mạch thời gian (TS). Nút đích được cấu hình nhiều anten và sử dụng kỹ thuật kết hợp lựa chọn (Selection Combining - SC) để nâng cao hiệu năng của hệ thống. Mời các bạn cùng tham khảo!
Trang 1Phân Tích Hiệu Năng của Hệ Thống Truyền Thông Chuyển Tiếp Đường Lên với Thu Thập Năng Lượng và Kết Hợp Lựa
Chọn tại Nút Đích
Trần Mạnh Hoàng∗, Nguyễn Thị Thái Hòa †, Trần Trung Duy ‡, Võ Nguyễn Quốc Bảo ‡
∗ Học Viện Kỹ Thuật Quân Sự (email: hoangsqtt@gmail.com)
† Đại Học Thông Tin Liên Lạc, Khánh Hòa (email: thaihoa.nhatrang@gmail.com)
‡Phòng Thí Nghiệm Thông Tin Vô Tuyến (WCOMM) Học Viện Công Nghệ Bưu Chính Viễn Thông Cơ Sở tại TP Hồ Chí Minh (e-mail: {trantrungduy,baovnq}@ptithcm.edu.vn)
Tóm tắt nội dung—Trong bài báo này, chúng tôi đề xuất mô
hình truyền thông hai chặng đường lên với phương thức giải mã
và chuyển tiếp (Decode and Forward-DF), ở đó nút chuyển tiếp
hoạt động dựa trên cơ sở thu thập năng lượng bức xạ từ tần
vô tuyến (RF) để cấp nguồn sử dụng cấu trúc chuyển mạch thời
gian (TS) Nút đích được cấu hình nhiều anten và sử dụng kỹ
thuật kết hợp lựa chọn (Selection Combining - SC) để nâng cao
hiệu năng của hệ thống Chúng tôi phân tích xác suất dừng hệ
thống trên kênh truyền pha-đinh Rayleigh và sử dụng phương
pháp mô phỏng Monte Carlo trên phần mềm Matlab được thực
hiện để kiểm chứng kết quả phân tích lý thuyết.
Từ khoá - Truyền thông chuyển tiếp, thu thập năng lượng,
nguồn một chiều.
I GIỚI THIỆU Hiện nay, thông tin vô tuyến di động ngày càng được sử
dụng rộng rãi và trở thành nhu cầu thiết yếu của con người
Các thiết bị này nhỏ gọn và được trang bị nhiều cảm biến cho
phép hỗ trợ con người trong nhiều hoạt động hàng ngày Một
trong những khó khăn cho các thiết bị thông tin di dộng là
nguồn năng lượng sử dụng Công nghệ pin hiện tại chỉ có thể
giúp thiết bị hoạt động trong một khoản thời gian giới hạn
[1]
Để giải quyết bài toán trên, các nhà khoa học trong những
năm gần đây quan tâm đến kỹ thuật thu thập năng lượng từ
sóng vô tuyến [2], [3] Ý tưởng chính của kỹ thuật này là sử
dụng năng lượng của tín hiệu ở băng tần vô tuyến, thu được ở
máy thu, chuyển đổi thành nguồn điện một chiều (DC), cung
cấp năng lượng cho thiết bị thu/phát [4] Công nghệ này cho
phép hệ thống có thể duy trì hoạt động bình thường hoặc kéo
dài thời gian sống của mạng vì không phụ thuộc vào việc cấp
nguồn như hiện nay, đặc biệt lý tưởng cho các mạng vô tuyến
hoạt động trong những môi trường khắc nghiệt mà việc thay
thế hoặc nạp lại pin gặp nhiều khó khăn [5] Tuy nhiên, do
hiệu suất chuyển dổi cũng như do hiệu ứng suy hao đường
truyền, năng lượng thu thập được là không lớn dẫn đến vùng
phủ sóng của các máy phát thu thập năng lượng là không lớn
[5]
Khi đó, việc sử dụng kỹ thuật truyền thông hợp tác [6] hoặc
kỹ thuật chuyển tiếp [7] cho mạng thu thập năng lượng là cần
thiết với một số nghiên cứu tiêu biểu như [8]–[13] Cụ thể,
trong bài báo [8], các tác giả đã xem xét hệ thống MIMO
(Multi Input Multi Output) chuyển tiếp, và nghiên cứu sự cân bằng tối ưu, giữa biến đổi năng lượng và tốc độ thông tin tiền
mã hóa Với bài toán tối ưu phân chia công suất (cho xử lý thông tin và mức năng lượng thu thập) thì hệ thống đạt hiệu suất năng lượng tối đa cho cả nút nguồn và nút chuyển tiếp Nhưng ở đây, các tác giả chưa đánh giá các thông số hiệu suất của hệ thống, theo phương diện truyền dẫn như là xác suất lỗi và dung lượng kênh Trong bài báo [9], các tác giả
đã khảo sát hệ thống đa người dùng và nhiều chặng, với việc biến đổi năng lượng và thông tin đồng thời Bài báo [9] đã giả sử rằng, nút chuyển tiếp có thể thực hiện đồng thời, xử lý thông tin và trích một phần tín hiệu thu được để chuyển đổi thành năng lượng cung cấp nguồn cho hệ thống hoạt động Nghiên cứu mô hình chuyển tiếp đơn giản hai chặng đã được
đề xuất trong [10] sử dụng phương thức giải mã và chuyển tiếp (Decode and Forward-DF), kết hợp thu thập năng lượng
từ sự can nhiễu từ môi trường xung quanh Như vậy, tín hiệu can nhiễu vào hệ thống trong khoảng thời gian thu thập sẽ trở nên có ích, nhưng khoảng thời gian tiếp theo dành cho xử
lý thông tin thì bài báo chưa xem xét đến sự can nhiễu đó Bài báo [11], [12] lần lượt nghiên cứu giao thức lựa chọn nút chuyển tiếp trong mạng thu thập năng lượng và giải bài toán xác định vị trí tối ưu của nút chuyển tiếp trong mạng hai chặng nhằm mục đích cực đại hiệu suất hệ thống Cụ thể trong [11], các tác giả đã phân tích hệ thống lựa chọn nút chuyển tiếp, để cân bằng hiệu suất năng lượng tại máy thu với đại lượng cân bằng là lượng tin và năng lượng thu thập được Bài báo này
đã giải quyết được bài toán tối ưu hiệu suất hệ thống; đặc biệt, các tác giả đã đưa ra những biểu thức toán học tường minh để đánh giá hiệu năng hệ thống Kế thừa và phát triển ý tưởng của hệ thống truyền thông điểm-điểm, trong bài báo [13], các tác giả đã xem xét phương thức khuếch đại và chuyển tiếp (Amplify and Forward-AF), ở đó, nút chuyển tiếp có nguồn năng lượng hữu hạn, và thực hiện thu thập năng lượng từ tín hiệu vô tuyến, dùng năng lượng tái tạo này để cấp nguồn cho hoạt động chuyển tiếp thông tin đến đích Trên cơ sở hai cấu trúc máy thu chuyển mạch theo thời gian và phân chia công suất, hai giao thức chuyển tiếp được đề xuất trong bài báo này
có tên là: giao thức chuyển tiếp dựa vào chuyển mạch thời gian (Time Switching Relay) và giao thức chuyển tiếp dựa trên cơ
sở phân chia công suất (Power Splitting Relay) Gần đây, các
Trang 2tác giả trong bài báo [14] đã đề xuất giao thức lựa chọn nút
chuyển tiếp thu thập năng lượng dựa trên tiêu chí năng lượng
mà nút chuyển tiếp thu thập được Các kết quả phân tích chỉ
ra rằng giao thức lựa chọn nút chuyển tiếp đã cải thiện đáng
kể hiệu năng của hệ thống
Trong bài báo này, chúng tôi đề xuất mô hình truyền thông
hai chặng cho đường truyền lên sử dụng kỹ thuật thu thập năng
lượng vô tuyến với kỹ thuật lựa chọn anten phát ở nút đích Cụ
thể trong bài báo này, chúng tôi thực hiện phân tích hệ thống
truyền thông chuyển tiếp, trong đó nút trung gian có nguồn
năng lượng hữu hạn, và phải thực hiện thu thập năng lượng
từ tín hiệu vô tuyến để sử dụng cho hoạt động chuyển tiếp dữ
liệu Hơn nữa, nút đích được trang bị nhiều anten và sử dụng
kỹ thuật kết hợp chọn lựa để nâng cao hiệu quả giải mã dữ
liệu [15], [16] Bài báo đã đề xuất phương pháp mới cho phép
xấp xỉ xác suất dừng của hệ thống trên kênh truyền fading
Rayleigh Hơn nữa, chúng tôi còn thực hiện các mô phỏng hệ
thống trên máy tính bằng phần mềm Matlab để kiểm chứng
các biểu thức toán học Các kết quả phân tích và mô phỏng
cho thấy mô hình đề xuất với kỹ thuật lựa chọn anten thu ở
phía nút đích cho phép cải thiện đáng kể hiệu năng của hệ
thống ở kênh truyền fading Rayleigh
Phần còn lại của bài báo được trình bày như sau Phần II
trình bày mô hình của hệ thống Phần III là phần đánh giá hiệu
năng của hệ thống dưới dạng xác suất dừng Đây cũng là phần
đề xuất phương pháp xấp xỉ mới cải thiện độ chính xác của
xác suất dừng hệ thống ở vùng tỷ lệ nhiễu thấp Phần IV là
phần sử dụng mô phỏng Monte Carlo bằng phần mềm Matlab
để kiểm chứng kết quả phân tích ở Phần III và Phần V là phần
kết luận của bài báo
II MÔ HÌNH HỆ THỐNG
Hình 1 Mô hình hệ thống truyền thông hai chặng thu thập năng lượng.
Xem xét hệ thống truyền thông vô tuyến như được biểu diễn
ở Hình 1, trong đó nút nguồn S truyền dữ liệu tới nút đích D
thông qua sự trợ giúp của nút chuyển tiếp R Giả sử rằng, hệ
thống không có đường truyền trực tiếp từ nút nguồn đến nút
đích do vùng phủ sóng của nút nguồn bị giới hạn hoặc do tồn
tại vật cản giữa nguồn và nút đích Giả sử nút chuyển tiếp hoạt
động hoàn toàn dựa vào năng lượng thu thập nghĩa là không
có thiết bị cung cấp nguồn cố định (ví dụ như sử dụng các
bộ pin mà định kỳ phải thay thế hoặc nạp lại) và thực hiện
thu thập năng lượng từ tần số vô tuyến và chuyển đổi thành
dòng một chiều để cấp nguồn Nút nguồn và nút chuyển tiếp
được trang bị một anten hoạt động ở chế độ bán song công
Nút đích được cấu hình với M anten và sử dụng kỹ thuật kết
hợp phân tập lựa chọn trước khi giải điều chế tín hiệu Trong hệ thống này, giả sử rằng tác động của fading không thay đổi trong một khung dữ liệu, nhưng sẽ thay đổi một cách độc lập trong những khung dữ liệu tiếp theo Thông tin trạng thái kênh của từng chặng giả sử được biết tại các nút chuyển tiếp và nút đích
Gọi h và g m với m = 1, 2, , M lần lượt là hệ số kênh
truyền từ nút nguồn đến nút chuyển tiếp và từ nút chuyển tiếp
đến anten thứ m tại nút đích Xem xét ở kênh truyền fading Rayleigh, độ lợi kênh truyền tương ứng, |h|2
và |g m |2, là các biến ngẫn nhiên có phân bố hàm mũ với tham số đặc trưng là
λh và λ g , với λ h= E[
|h|2]
, λ g= E[
|g m |2]
và E [.] là toán
tử kỳ vọng
Nút chuyển tiếp thực hiện theo phương thức giải mã và chuyển tiếp, tức là bản tin mà nút chuyển tiếp thu được từ nút nguồn ở pha thứ nhất, sẽ được giải mã, mã hóa lại và phát đến nút đích bằng nguồn năng lượng thu được Giả sử rằng năng lượng tiêu tốn cho quá trình giải mã và mã hóa lại tín hiệu tại nút chuyển tiếp là không đáng kể so với năng lượng
để chuyển tiếp tín hiệu
Hình 2 minh họa cấu trúc thu thập năng lượng thực hiện theo phương thức chuyển mạch thời gian khung dữ liệu (Time
Switching-TS) với thời gian αT được sử dụng cho thu thập năng lượng và thời gian còn lại (1−α)T được dùng cho xử lý thông tin Khi hệ thống là đơn công, (1 − α)T/2 đơn vị thời gian dùng cho truyền dữ liệu từ S đến R và (1−α)T/2 đơn vị
thời gian còn lại dùng cho truyền dữ liệu từ R đến D Sơ đồ khối máy thu năng lượng và thông tin được minh họa trong Hình 3 Tín hiệu ở tần số vô tuyến (Radio Frequency-RF) tại ngõ vào máy thu, được phân chia thành hai phần, bởi cấu trúc chuyển mạch thời gian như đã giới thiệu ở trên, một phần đưa
về mạch thu thập năng lượng và một phần dành cho xử lý thông tin1
Thu th năng lưng Nhn d liu t nút ngun Chuyn ti d liu đn nút đích
Hình 2 Cấu trúc chuyển mạch thời gian khung dữ liệu. Máy thu năng lượng thực hiện chỉnh lưu tín hiệu RF, thông qua các cấu trúc chỉnh lưu như được trình bày trong [3], và đưa trực tiếp đến mạch nạp nguồn của bộ pin Tín hiệu thu
được tại nút chuyển tiếp là y r (t)được mô hình bằng biểu thức toán học như sau:
yr (t) =√
1 Chi tiết của cấu trúc này đã được trình bày kỹ trong
Trang 3Hình 3 Sơ đồ khối máy thu thông tin và năng lượng.
trong đó P s là công suất phát trung bình của nút nguồn, s(t)
là tín hiệu mã hóa tại nguồn và ν R là nhiễu nội tại máy thu
chuyển tiếp Giả sử rằng nhiễu tại tất cả các máy thu, như nút
chuyển tiếp R và nút đích D, là nhiễu trắng cộng tính chuẩn
(AWGN) với trung bình bằng không và phương sai bằng N0
Từ (1), ta có xác định được mức năng lượng thu thập, E h,
tại nút chuyển tiếp trong khoảng thời gian αT là
với η ∈ (0, 1) là hiệu suất của mạch điện tái tạo năng lượng
với giả thiết rằng năng lượng dùng cho mạch điện tái tạo là
không đáng kể Với năng lượng nhận được như trong (2), công
suất phát mà nút chuyển tiếp sử dụng trong khoảng thời gian
Pr = 2αηP s |h|2/(1 − α). (3)
Xem xét anten thứ m của nút đích, ta có tín hiệu nhận được
viết ở dạng như sau:
Prgmˆs(t) + νm
=
√
2αηP s |h|2
trong đó ν m là nhiễu trắng tại anten thứ m của D và ˆs là
phiên bản giải điều chế của s tại R.
Từ biểu thức (1), ta xây dựng được biểu thức tỷ số công
suất tín hiệu trên nhiễu của chặng từ S đến R như sau:
γ1= Ps |h|2
N0
Sử dụng với kỹ thuật kết hợp chọn lựa tại nút đích, tỷ số tín
hiệu trên nhiễu ở chặng thứ hai được đưa ra bởi:
γ2= 2αηP s |h|2
|˜g|2
với |˜g|2
m=1,2, ,M |g m |2
Trong hệ thống chuyển tiếp DF, chặng yếu hơn sẽ quyết
định hiệu năng của hệ thống, do đó ta có thể viết tỷ số tín
hiệu trên nhiễu tương đương của hệ thống như sau [7], [17],
[18]:
γe2e = min (γ1, γ2) (7)
III PHÂN TÍCH XÁC SUẤT DỪNG Xác suất dừng hệ thống là một thông số hiệu năng quan trọng được định nghĩa là xác suất mà tỉ số tín hiệu trên nhiễu
đầu cuối của hệ thống thấp hơn ngưỡng cho trước, γ th Biểu diễn theo biểu thức toán học, ta có
OP = Pr(γ e2e < γth ), (8)
trong đó γ th= 212R −α − 1 với R là tốc độ truyền mong muốn
của hệ thống Thay thế (7) vào (8), ta có
OP = 1− Pr [min (γ1, γ2)≥ γ th]
= 1− Pr
[
|h|2> γth
, |˜g|2> γth(1− α)
2αηP s/N0|h|2
]
Đặt X = |h|2và Y = |˜g|2 và sử dụng [19, (6-37)], ta viết lại (9) như sau:
OP = 1−
∫ ∞
γth Ps/N0
∫ ∞
ϕ fX (x)f Y (y)dxdy, (10)
trong đó ϕ = γ th(1− α) / (2αηP s/N0) Trong (10), fX (x)
và f Y (y) lần lượt làm hàm mật độ phân bố xác suất của X
và Y , được cho sau đây [20, (2)]:
fX (x) = 1
(
− λh x
)
fY (y) =
M
∑
m=1
(−1) m −1
(M
m
)m
(
− my λg
)
Thay thế các biểu thức (11) và (12) vào (10) và triển khai tích phân hai lớp, ta có thể viết lại (10) thành (13) ở đầu trang phía sau Chú ý rằng tích phân Ω trong (13) không tồn tại dạng đóng2 Sử dụng phương pháp tương tự như ở [13], ta quan sát thấy rằng tại vùng tỷ lệ trên nhiễu lớn thì γ th
P s /N0 → 0, nên ta
có thể xấp xỉ Ω bằng cách thay đổi cận dưới của tích phân từ
γ th
P s /N0 về 0 như sau:
OP≈1 − λh1
M
∑
m=1
(−1) m−1
(
M m
)
×
∫ ∞
0 exp
(
− λh x
) exp
(
− λgx mϕ
)
dx
Ω
Sử dụng biến đổi [21, (3.324.1)], ta có
OP≈1 − γ¯1
1
M
∑
m=1
(−1) m −1
(M
m
)
× 2
√
λg K1
( 2
√
mϕ λhλg
)
với K n (.)là hàm Bessel điều chỉnh loại hai [21, (8.407.1)] Xấp xỉ cho OP (15) sẽ hợp lý khi hệ thống hoạt động ở
vùng tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu cao, cụ thể là P s/N0 ≫ γ th
2 Closed-form expression hay một số tài liệu còn gọi là dạng tường minh, nghĩa là biểu diễn dưới dạng những hàm cơ bản.
Trang 4OP = 1− λh1
M
∑
m=1
(−1) m−1
(
M m
)
m λg
∫ ∞
γth Ps/N0
∫ ∞
ϕ exp
(
− λh x
) exp
(
− my λg
)
dxdy
= 1− λh1
M
∑
m=1
(−1) m −1
(M
m
) ∫ ∞
γth Ps/N0
exp
(
− λh x
) exp
(
− λgx mϕ
)
dx
Ω
Khi mà thực tế hiện nay, hệ thống thu thập năng lượng hầu
hết hiệu suất còn chưa cao dẫn đến công suất thu thập được
rất thấp gây ra những sai lệch lớn cho OP ở vùng tỷ lệ tín
hiệu trên nhiễu thấp [22] Trong bài báo này, tôi đề xuất một
phương pháp tính mới dựa trên khai triển hàm mũ theo chuỗi
vô hạn cụ thể như sau [21, (1.211.1)]
exp
(
− λgx mϕ
)
=
∞
∑
t=0
(−1) t t!
(mϕ
λgx
)t
Thay thế (16) vào Ω, ta viết lại Ω như sau:
Ω =
∞
∑
t=0
(−1) t
t!
(mϕ
λg
)t∫ ∞
γth Ps/N0
exp
(
− λh x
) (1
x
)t dx.
(17)
Sử dụng [21, (3.351.4)], ta có được biểu thức của Ω theo chuỗi
vô hạn như công thức (18) được trình bày ở đầu trang sau với
Ei(., )là hàm tích phân mũ [21, (3.351.2)]
Cuối cùng, thay Ω ở vừa tính được ở (18) vào (13), ta được
biểu thức xác suất dừng hệ thống như ở (19) Tuy nhiên, biểu
thức (19) trong thực tế không thể dùng để tính toán trên các
phần mềm vì chứa chuỗi vô hạn Trong tính toán thực tế, chúng
ta phải xấp xỉ biểu thức (19) như (20) bằng cách chỉ sử dụng
Nt thành phần đầu tiên của chuỗi Số lượng N t thành phần
hợp lý sẽ được khảo sát ở phần sau
IV KẾT QUẢ MÔ PHỎNG Trong phần này, chúng tôi sẽ thực hiện mô phỏng Monte
Carlo nhằm hai mục đích: i) kiểm chứng tính chính xác của
phương pháp đề xuất và kết quả phân tích ở các phần trên ii)
so sánh mô hình để xuất so với mô hình truyền thống để từ
đó chứng minh ưu điểm của mô hình đề xuất và iii) khảo sát
ảnh hưởng của số lượng anten ở phía máy thu lên hiệu năng
hệ thống
Trong Hình 4, chúng tôi khảo sát ảnh hưởng số lượng thành
phần đầu tiên trong chuỗi đến độ chính xác của kết quả xấp
xỉ và đồng thời so sánh kỹ thuật xấp xỉ đề xuất với kỹ thuật
xấp xỉ truyền thống Số lượng thành phần khảo sát lần lượt là
1, 5, 10, 15 và 20 Quan sát trên Hình 4, ta thấy rằng trường
hợp N t = 1 và N t = 5 thì xác suất xấp xỉ đạt được không
tốt bằng kỹ thuật truyền thống Tuy nhiên, khi số lượng thành
phần từ 10 trở lên, thì kết quả xác suất xấp xỉ gần như trùng
với kết quả mô phỏng ở toàn miền tỷ số tín hiệu trên nhiễu
khảo sát và đồng thời tốt hơn kỹ thuật truyền thống
Trong Hình 5, chúng tôi khảo sát ảnh hưởng của số lượng
anten lên xác suất dừng hệ thống bằng cách tăng số lượng
10-3
10-2
10 -1
10 0
N t = 1
N
t = 5
N
t = 10
N t = 15
N t = 20
Hình 4 Khảo sát ảnh hưởng của số lượng thành phần trong chuỗi lên xác
suất dừng hệ thống, α = 0.3, η = 0.75, R = 1, λ h = λ g= 1, và M = 3.
10 -3
10 -2
10 -1
10 0
Phân tích
M = 1, 3, 5
Hình 5 Ảnh hưởng của số lượng anten ở nút đích lên xác suất dừng hệ
thống, α = 0.3, η = 0.75, R = 1, λ h = λ g= 1, và Nt= 20.
anten từ 1 lên 3 và 5 Quan sát trên hình, chúng ta dễ dàng nhận thấy rằng, khi tăng từ 1 lên 3 anten ở nút đích, xác suất
Trang 5Ω =
∞
∑
t=0
(−1) t
t!
(mϕ
λg
)t
(−1)
t
(t − 1)!
( 1
λh
)t −1
Ei
(
− γthN Psλh0
)
− γthN0 Psλh
(γ
th N0
P s λ h
)k−1
t −2
∑
ℓ=0
1
(t − 1)(t − 2) (t − 1 − ℓ)
(
− γthN Psλh0
)ℓ
(18)
OP =1−¯γh1
M
∑
m=1
(−1) m−1
(
M m
)∑∞ t=0
(−1) t t!
[
2αηλ gPs /N0
]t
×
(−1) t
(t − 1)!
( 1
λh
)t−1
Ei
(
− γthN Psλh0
)
− γthN0 Psλh
(γ
th N0
P s λ h
)k −1
t −2
∑
ℓ=0
1
(t − 1)(t − 2) (t − 1 − ℓ)
(
− γthN Psλh0
)ℓ
OP≈1 −¯γh1
M
∑
m=1
(−1) m−1
(
M m
)∑N t
t=0
(−1) t t!
[
2αηλ gPs /N0
]t
×
(−1) t
(t − 1)!
( 1
λh
)t−1
Ei
(
− γthN Psλh0
)
− γthN0 Psλh
(γ
th N0
P s λ h
)k −1
t −2
∑
ℓ=0
1
(t − 1)(t − 2) (t − 1 − ℓ)
(
− γthN Psλh0
)ℓ
dừng của hệ thống được cải thiện đáng kể so với trường hợp
tăng từ 3 lên 5 anten Bên cạnh đó, độ dốc của đồ thị cũng
chỉ ra rằng, khi tăng số lượng anten ở nút đích chỉ cải thiện độ
lợi mã của hệ thống mà không cải thiện độ lợi phân tập Bên
cạnh đó, kết quả mô phỏng trùng khít với kết quả phân tích
chứng minh rằng phương pháp xấp xỉ đề xuất là hoàn toàn
đúng đắn
α
10 -2
10 -1
100
M = 1, 3, 5
Hình 6. Ảnh hưởng của số lượng anten lên giá trị α tối ưu, η = 0.75,
P s= 20dB, R = 1, λ h = λ g= 1, và Nt= 20.
Trong Hình 6 và 7, chúng tôi khảo sát ảnh hưởng của giá
trị α lên hiệu năng của hệ thống Trong Hình 6, chúng tôi
α
10 -1
10 0
Ps = {10 dB, 15 dB, 20 dB}
Hình 7. Ảnh hưởng của P s lên giá trị α tối ưu, η = 0.75, R = 1,
λ h = λ g= 1, Nt= 20, và M = 2.
giữ nguyên tham số kênh truyền trong khi thay đổi số lượng
anten thu ở nút đích Chúng ta thấy rằng tồn tại một giá trị α
làm cho xác suất dừng hệ thống nhỏ nhất, và chúng ta gọi giá
trị này là giá trị α tối ưu Chúng ta cũng thấy rằng số lượng anten sẽ làm thay đổi giá trị tối ưu của α Khi số lượng anten tăng lên thì giá trị α có xu hướng nhỏ lại Cụ thể với trường hợp N = 5, giá trị tối ưu của α là xấp xỉ 0.3 Hình 7 khảo sát ảnh hưởng của P s lên giá trị tối ưu của α Chúng ta khảo sát với 3 trường hợp: P s= 10 dB, P s = 15 dB, và P s= 20
Trang 6dB Ngược với những gì quan sát được ở Hình 6, giá trị P s
tăng sẽ làm giá trị α tối ưu tăng.
V KẾT LUẬN Trong bài báo này, chúng tôi đã đề xuất được mô hình truyền
thông chuyển tiếp sử dụng kỹ thuật thu thập năng lượng tại
nút chuyển tiếp áp dụng cho trường truyền lên Bài báo đã
đề xuất kỹ thuật phân tích xác suất dừng Các kết quả phân
tích chứng minh rằng mô hình đề xuất là tốt hơn mô hình đơn
anten và số lượng anten tại đích cho phép cải thiện đáng kể
hiệu năng của hệ thống
ACKNOWLEDGMENT Nghiên cứu này được tài trợ bởi Quỹ Phát triển khoa học và
công nghệ Quốc gia (NAFOSTED) trong đề tài mã số
102.04-2014.32
TÀI LIỆU [1] J M Dilhac and M Bafleur, “Energy harvesting in aeronautics for
battery-free wireless sensor networks,” IEEE Aerospace and Electronic
Systems Magazine, vol 29, no 8, pp 18–22, 2014.
[2] L R Varshney, “Transporting information and energy simultaneously,”
in Proc of 2008 IEEE International Symposium on Information Theory
(ISIT’08), 2008, pp 1612–1616.
[3] P Grover and A Sahai, “Shannon meets Tesla: Wireless information and
power transfer,” in Proc of the 2010 IEEE International Symposium on
Information Theory Proceedings (ISIT), 2010, pp 2363–2367.
[4] H Yejun, C Xudong, P Wei, and G L Stuber, “A survey of energy
harvesting communications: models and offline optimal policies,” IEEE
Communications Magazine, vol 53, no 6, pp 79–85, 2015.
[5] M Yuyi, L Yaming, Z Jun, and K B Letaief, “Energy harvesting small
cell networks: feasibility, deployment, and operation,” IEEE
Communi-cations Magazine, vol 53, no 6, pp 94–101, 2015.
[6] J N Laneman, D Tse, and G Wornell, “Cooperative diversity in
wireless networks: Efficient protocols and outage behavior,” IEEE Trans.
Inf Theory, vol 50, no 12, pp 3062–3080, Dec 2004.
[7] M O Hasna and M.-S Alouini, “End-to-end performance of
transmis-sion system with relays over Rayleigh-fading channels,” IEEE
Transac-tions on Wireless CommunicaTransac-tions, vol 2, no 6, pp 1126–1131, 2003.
[8] B K Chalise, Y D Zhang, and M G Amin, “Energy harvesting in an
OSTBC based amplify-and-forward MIMO relay system,” in Proc of IEEE Int Conf Acoustics, Speech and Sig Proc (ICASSP), Mar 2012,
pp 3201–3204.
[9] A M Fouladgar and O Simeone, “On the transfer of information and
energy in multi-user systems,” IEEE Commun Lett., vol 16, no 11, pp.
1733–1736, Nov 2012.
[10] Y Gu and S Aissa, “Interference aided energy harvesting in
decode-and-forward relaying systems,” in Proc IEEE Int Conf Commun (ICC),
Jun 2014, pp 5378–5382.
[11] D S Michalopoulos, H Suraweera, and R Schober, “Relay selection for simultaneous information transmission and wireless energy transfer:
A tradeoff perspective,” IEEE Journal Selected Areas Commun., Aug.
2015.
[12] D Mishra and S De, “Optimal relay placement in two-hop RF energy
transfer,” IEEE Trans Commun, May 2015.
[13] A A Nasir, Z Xiangyun, S Durrani, and R A Kennedy, “Relaying protocols for wireless energy harvesting and information processing,”
IEEE Transactions on Wireless Communications, vol 12, no 7, pp.
3622–3636, 2013.
[14] N T Do, V N Q Bao, and B An, “A relay selection protocol for
wireless energy harvesting relay networks,” in Proc 2015 International Conference on Advanced Technologies for Communications (ATC), 2015.
[15] B Barrow, “Diversity combination of fading signals with unequal mean
strengths,” IEEE Transactions on Communications Systems, vol 11,
no 1, pp 73–78, 1963, 0096-1965.
[16] V N Q Bao, K Hyung Yun, and H Seong Wook, “Performance anal-ysis of M-PAM and M-QAM with selection combining in independent
but non-identically distributed rayleigh fading paths,” in Proc IEEE 68th
2008 Veh Tech Conf (VTC 2008-Fall), pp 1–5.
[17] V N Q Bao and K Hyung Yun, “Error probability performance for multi-hop decode-and-forward relaying over Rayleigh fading channels,”
in Proc 11th 2009 International Conference on Advanced Communica-tion Technology (ICACT’09), vol 03, pp 1512–1516.
[18] V N Q Bao and T Q Duong, “Outage analysis of cognitive multihop
networks under interference constraints,” IEICE Trans Commun., vol.
E95-B, no 03, pp 1019–1022, 2012.
[19] A Papoulis and S U Pillai, Probability, random variables, and stochas-tic processes, 4th ed Boston: McGraw-Hill, 2002.
[20] V N Q Bao and H Y Kong, “Diversity order analysis of dual-hop
relaying with partial relay selection,” IEICE Trans Commun, vol
E92-B, no 12, pp 3942–3946, 2009.
[21] D Zwillinger, Table of integrals, series, and products Elsevier, 2014.
[22] C Xiaoming, Z Zhaoyang, C Hsiao-Hwa, and Z Huazi, “Enhancing wireless information and power transfer by exploiting multi-antenna
techniques,” IEEE Commun Mag., vol 53, no 4, pp 133–141, 2015.
