TÌM HIỂU GIẢI mã và CHUYỂN TIẾP mô HÌNH bán SONG CÔNG THEO GIAO THỨC PHÂN CHIA CÔNG SUẤT

TÌM HIỂU GIẢI mã và CHUYỂN TIẾP mô HÌNH bán SONG CÔNG THEO GIAO THỨC PHÂN CHIA CÔNG SUẤT TÌM HIỂU GIẢI mã và CHUYỂN TIẾP mô HÌNH bán SONG CÔNG THEO GIAO THỨC PHÂN CHIA CÔNG SUẤT TÌM HIỂU GIẢI mã và CHUYỂN TIẾP mô HÌNH bán SONG CÔNG THEO GIAO THỨC PHÂN CHIA CÔNG SUẤT TÌM HIỂU GIẢI mã và CHUYỂN TIẾP mô HÌNH bán SONG CÔNG THEO GIAO THỨC PHÂN CHIA CÔNG SUẤT

THEO GIAO THỨC PHÂN CHIA CÔNG

SUẤT

MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

DF Decode-and -forward

PSR Power Splitting-based Relaying

HD Half-duplex

AF Amplify-and-forward

PDF Probability density function

CDF Cumulation distribution function

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI

1.1 Giới thiệu

Do nhu cầu ngày càng cao của xã hội về thông tin liên lạc,mà đặc biệt là thông tin

di động Đòi hỏi các tín hiệu di động phải được truyền đi xa và liên tục, trong nhiểu trường hợp các thiết bị cần được cấp nguồn và lắp đặt phức tạp hoặc bất khả thi trong quá trình lắp đặt Thấy được tầm quan trọng của vấn đề đó, việc truyền tín hiệu như thế nào là tối ưu và ít tốn năng lượng nhất, đó là lý do để chúng ta bắt đầu nghiên cứu đề tài này

Trong đề tài này chúng ta sẽ tìm hiểu giải mã và chuyển tiếp mô hình bán song công theo giao thức phân chia công suất Qua đề tài này chúng ta sẽ tìm hiểu về mô hình bán song công, giao thức phân chia công suất (PSR), giả mã mà chuyễn tiếp như thế nào trong mô hình này

1.2 Mục tiêu đề tài:

Tìm hiểu về mô hình truyền bán song công (Haft-duplex), phương thức truyền tín hiệu trong mô hình Tìm hiểu giải mã và chuyển tiếp trong mô hình (PSR)

Xây dựng mô hình và công thức phân chia theo công suất, mô phỏng trên matlab để xác định công thức toán học đã chứng minh có chính xác hay không

CHƯƠNG 2 MÔ HÌNH BÁN SONG CÔNG HD 1.3 Mô hình:

Trang 6/16

HÌNH 2.1 MÔ HÌNH HD

• Receiver: thiết bị phát

• Transmitter:thiết bị thu

1.4 Bán Song Công

Trên một đường truyền dẫn,tín hiệu truyền từ thiết bị này sang thiết bị khác, hoặc từ nơi phát tới nơi thu Thực tế trong mổ hình giải mã và chuyển tiếp mô hình bán song công theo giao thức phân chia công suất, tín hiệu sẽ truyền từ nơi phát (Source) tới trạm Relay và cuối cùng và tới đích đến (Destination)

Giữi hai luồng dữ liệu và nguồn tin, chỉ truyền theo một hướng tại một thời điểm, trên một đơn vị thời gian Một thiết bị có thể đóng vai trò thu hoặc phát nhưng chỉ thực hiện một vai trò trong một đơn vị thời gian

HÌNH 2.2 MÔ HÌNH GIẢI MÃ VÀ CHUYỂN TIẾP (PSR) [1]

Với đề tài này chúng ta quan tâm tín hiệu truyền từ S (source) sang R (relay), từ R sang D (destination), đều là truyền bán song công Để đơn giản hóa việc xây dựng công thức cho mô hình ta bỏ qua khoảng cách từ S sang R và từ R sang D, và xem khoảng cách bằng 1

Phân Chia Công Suất

CHƯƠNG 3 GIẢI MÃ VÀ CHUYỂN TIẾP (DF) MÔ HÌNH BÁN SONG CÔNG (HD) THEO GIAO THỨC PHÂN CHIA CÔNG SUẤT (PSR)

1.5 Mô hình:

DF (Decode-and –forward) giải mã và chuyển tiếp (HÌNH 2.2), tín hiệu truyền từ S sang D trong một khoảng đơn vị thời gian là T Trong đó một nữa thời gian T/2 truyền từ S sang R và T/2 còn lại truyền từ R sang D

PSR phân chia công suất, với công suất phát đủ đê truyền từ S sang D Sẽ sữ dụng 1-ρ cồng suất để truyền từ S tới R Tại R công suất còn lại sẽ được truyền tiếp sang

D, như vậy sẽ không có việc khuyết đại tín hiệu tại R đê truyền tiếp Nhiễu tại R sẽ không phải khuyết đại, đó là ưu điểm của mô hình này

HÌNH 3.1 MÔ HÌNH PHÂN CHIA CÔNG SUẤT [2]

1.6 Xây dựng công thức

Tỉ số tín hiệu trên nhiễu tại R:

Tỉ số tín hiệu trên nhiễu tại D:

=

Xác suất dừng của hệ thống:

(với là ngưỡng) Thông lượng (Throughput):

Throughput=(1-Pout).R/2 Công thức Pout đã chứng minh:

Pout

Trang 8/16

Trong đó:

δ : Ngưỡng để hệ thống dừng

R : tốc độ bit, đợn vị bit/s/hz

η : hiệu suất chuyển đổi năng lượng

Các giá trị còn lại tham khảo ở phần phụ lục A

Phân Chia Công Suất

CHƯƠNG 4 MÔ PHÒNG ĐỀ TÀI

Để kiểm tra lại công thức đã chứng minh có đúng hay không,các giá trị Pout, Ps, p,

R (tốc độ bit) phụ thuộc nhau như thế nào Qua đó ta có thể xác định được các giá trị Ps, p, R sau cho tối ưu nhất

Các giá trị kiểm tra sẽ được lập trình trên Matlab, sẽ được vẽ ra đồ thị Chúng ta sẽ khảo sát hai giá trị Pout và Throughput theo hai trường hợp lý thuyết và công thức

đã chứng minh để xác nhận quá trình chứng minh có đúng hay không

1.7 Khảo sát giá trị Pout và Throughput theo Ps

HÌNH 4.1 KHẢO SÁT Pout THEO Ps

Ta nhận thấy giá trị của hai đường simulation và analysis trùng nhau hoàn toàn, do

đó công thức chứng minh đã đúng hoàn toàn

Trang 10/16

Trong trường hợp này khi công suất phát Ps bằng 0 (dB) thì xác xuất dừng là lớn nhất là bằng 1 Do đó gái trị Ps tối ưu khi phát là lớn 30 (dB) là tối ưu, khi đó xác suất dừng của hệ thống tiến về 0

HÌNH 4.2 KHẢO SÁT THROUGHPUT THEO Ps

Trong trường hợp này ta khảo sát giá trị throughput theo Ps, như hình vẽ giá trị mà

đồ thị vẽ ra trái ngược hoàn toàn với đường Pout (HÌNH 4.1)

1.8 Khảo sát giá trị Pout theo ρ

Phân Chia Công Suất

HÌNH 4.3 KHẢO SÁT Pout THEO ρ

Trong đồ thị này ta khảo sát giá trị Pout theo hệ số công suất ρ, đường simulation và đường analysis trùng nhau hoàn toàn, cho thấy công thức chứng minh vẫn đứng khi khảo sát với ρ

Giá trị ρ tối ưu để xác xuất hệ thống dừng là nhỏ nhất khi ρ lớn hơn 0.5, khi đó xác xuát dừng tiến về 0

Trang 12/16

HÌNH 4.4 KHẢO SAT THROUGHPUT THEO ρ

Trong đồ thị này ta khảo sát giá trị throughput theo ρ, đường throughput simulation trung hoàn toàn với đường throughput analysis, như vậy công thức chứng minh vẫn đúng trong trường hợp này

1.9 Khảo sát giái trị Pout theo R (tốc độ bit/s/Hz)

Phân Chia Công Suất

HÌNH 4.5 KHẢO SÁT Pout THEO R

Trong đồ thị này ta khảo sát giá trị Pout theo tốc độ bit R, khi giá trị R càng lớn thì xác xuất dừng của hệ thống các lớn và ngược lại

Do vậy tốc độ bit R tối ưu cho hệ thống là từ 2-5 bit/s/hz

Trang 14/16

HÌNH 4.6 KHẢO SÁT THROUTHPUT THEO R

CHƯƠNG 5 NHẬN XÉT

Phân Chia Công Suất

1.10 Nhận xét kết quả đồ án

Kết quả đồ án đã đáp ứng được yêu cầu của đề tài, đảm bảo nhiệm vụ đã đề ra Qua

đó nâng cao hiểu biết về mạng 5G mà trọng tâm là phân chia công suất mô hình bán song công theo giao thức phân chia công suất

1.11 Nhận xét quá trình thực hiện đồ án

Trong quá trình làm bài gặp khá nhiều khó khăn do kiến thức mới với tài liệu đa phần là tiếng anh

Nhưng qua quá trình nghiêm cứu và dưới sự hướng dẫn của giảng viên hướng dẫn thì cũng hoàn thành được nhiệm vụ Qua đồ án cũng nâng cao được khả năng tính toán các công thức toán học, khả năng lập trình matlab

Trang 16/16

CHƯƠNG 6 KẾT LUẬN

1.12 Kết luận

Kết quả mô phỏng cho thấy công thức chứng minh đã đúng,các giá trị mô phỏng đứng như đã tính toán

1.13 Hướng phát triển:

Qua đồ án này chúng ta có thể nghiên cứu tiếp tục về full-duplex (FH), mô hình sử dụng nút chuyển tiếp (AF) trong hệ thống bán song công, có thu hoạch năng lượng

Phân Chia Công Suất

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tiếng Anh:

[1] Wireless Information and Power Transfer with Full Duplex Relaying Caijun Zhong, Senior Member, IEEE, Himal A Suraweera, Member, IEEE, Gan Zheng, Senior Member, IEEE , Ioannis Krikidis, Senior Member, IEEE, and Zhaoyang Zhang Member, IEEE ,Borkakati R P.,Virmani S S (1997), Genetics of thermosensitive genic male sterility in Rice, Euphytica 88, pp 1-7

[2] Relaying Protocols for Wireless Energy Harvesting and Information Processing Ali A Nasir, Student Member, IEEE, Xiangyun Zhou, Member, IEEE, Salman Durrani, Senior Member, IEEE, and Rodney A Kennedy, Fellow, IEEE

[3] On the Performance of Decode-and-Forward Half-Duplex Relaying with Time Switching Based Energy Harvesting in the Condition of Hardware Impairment

Trang 18/16

PHỤ LỤC A

• Tín hiệu truyền từ S tới R (), bao gồm tích giữa độ lợi kênh truyền h với công suất phát và nhiễu thiết bị tại R:

(1)

• Tín hiệu truyền từ R tới D (), bao gồm tích giữa độ lợi kênh truyền g với công suất () cộng với nhiễu thiết bị tại D:

(2)

• Tỉ số tín hiệu trên nhiễu tại R:

• Tỉ số tín hiệu trên nhiễu tại D:

=

=

• Suy ra:

(với là ngưỡng)

• Mối liên hệ giữa SNR với R(tốc độ bit):

=>

• Đặc x=|và y=| khi đó:

=1-• Đặt và

Từ đồ thị ta có thể suy ra như sau:

• Để giải ta dựa vào hàm mật độ xác suất (PDF) và hàm phân phối xác xuất (CDF):

Theo hàm mật độ xác suất trong đó và

Khi đó:

= [F(

dy

=

Phân Chia Công Suất

=

• Suy ra: