TÌM HIỂU mô HÌNH CHUYỂN TIẾP DF TRONG hệ THỐNG SONG CÔNG sử DỤNG GIAO THỨC PHÂN CHIA CÔNG SUẤT PSR

TÌM HIỂU mô HÌNH CHUYỂN TIẾP DF TRONG hệ THỐNG SONG CÔNG sử DỤNG GIAO THỨC PHÂN CHIA CÔNG SUẤT PSR TÌM HIỂU mô HÌNH CHUYỂN TIẾP DF TRONG hệ THỐNG SONG CÔNG sử DỤNG GIAO THỨC PHÂN CHIA CÔNG SUẤT PSR TÌM HIỂU mô HÌNH CHUYỂN TIẾP DF TRONG hệ THỐNG SONG CÔNG sử DỤNG GIAO THỨC PHÂN CHIA CÔNG SUẤT PSR TÌM HIỂU mô HÌNH CHUYỂN TIẾP DF TRONG hệ THỐNG SONG CÔNG sử DỤNG GIAO THỨC PHÂN CHIA CÔNG SUẤT PSR

TRONG HỆ THỐNG SONG CÔNG SỬ DỤNG GIAO THỨC PHÂN CHIA CÔNG

SUẤT PSR

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ iii

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU iv

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN SỰ PHÁT TRIỂN HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG……… 1

1.1GIỚI THIỆU 1

1.2 LỘ TRÌNH PHÁT TRIỂN CỦA THÔNG TIN DI ĐỘNG TỪ 1G ĐẾN 4G 2

1.2.1 Hệ thống thông tin di động tương tự 1G 2

1.2.2 Hệ thống di động số 2G 3

1.2.3 Hệ thống di động 3G 3

1.2.4 Hệ thống mạng 4G 4

1.3TÓM TẮT CÁC THẾ HỆ DI ĐỘNG 6

CHƯƠNG 2 HỆ THỐNG TRUYỀN THÔNG HỢP TÁC 7

2.1 CÁC HIỆN TƯỢNG ẢNH HƯỞNG TỚI KÊNH TRUYỀN 7

2.2 TRUYỀN THÔNG HỢP TÁC 8

2.2.1 Tổng quát 8

2.2.2 Giao thức truyền thông hợp tác 8

2.2.3 Mô hình kênh chuyển tiếp 8

2.2.4 Phân loại mô hình chuyển tiếp 8

2.2.5 Các cơ chế truyền dẫn chuyển tiếp 9

3.3 ĐÁNH GIÁ THÔNG LƯỢNG VÀ XÁC SUẤT DỪNG TRONG HỆ THỐNG

SONG CÔNG SỬ DỤNG CHUYỂN TIẾP DF 11

3.3.1 Mô hình hệ thống song công 11

CHƯƠNG 4 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG VÀ NHẬN XÉT 16

4.1 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG VÀ NHẬN XÉT 16

4.1.1 Mô phỏng theo P S 16

4.1.2 Mô phỏng theo ρ 18

CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN 22

5.1 Kết luận 22

5.2 Hướng phát triển 22

HÌNH 1-1: LỘ TRÌNH PHÁT TRIỂN TỪ 1G ĐẾN 4G 2

HÌNH 1-2: SỰ PHÁT TRIỂN TỪ 3G LÊN 4G 5

HÌNH 2-1: HIỆN TƯỢNG ĐA ĐƯỜNG 7

HÌNH 2-2: MẬT ĐỘ PHỔ CỦA TÍN HIỆU THU 7

HÌNH 2-5: CHUYỂN TIẾP HAI CHẶNG 8

HÌNH 2-5: GIAO THỨC AF 9

HÌNH 2-5: GIAO THỨC DF 9

HÌNH 3-1: MÔ HÌNH HỆ THỐNG SONG CÔNG 11

HÌNH 3-2: QUÁ TRÌNH TRUYỀN THÔNG TIN 11

HÌNH 4-2: XÁC SUẤT DỪNG HỆ THỐNG THEO P S 16

HÌNH 4-3: THÔNG LƯỢNG HỆ THỐNG THEO P S 17

HÌNH 4-4: XÁC SUẤT DỪNG HỆ THỐNG THEO ρ 18

HÌNH 4-5: THÔNG LƯỢNG HỆ THỐNG THEO ρ 19

HÌNH 4-6: XÁC SUẤT DỪNG HỆ THỐNG THEO R 20

HÌNH 4-7: THÔNG LƯỢNG HỆ THỐNG THEO R 21

BẢNG 1-1: MỤC TIÊU CỦA 4G 4

BẢNG 1-2: CÁC ĐẶC ĐIỂM CHÍNH CỦA CÔNG NGHỆ LTE 5

BẢNG 1-3: TÓM TẮT CÁC THẾ HỆ DI ĐỘNG 6

BẢNG 4-1: THÔNG SỐ THEO P S 16

BẢNG 4-2: THÔNG SỐ THEO ρ 18

BẢNG 4-3: THÔNG SỐ THEO R 20

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN SỰ PHÁT TRIỂN HỆ THỐNG THÔNG TIN

DI ĐỘNG 1.1 Giới thiệu

Sau nhiều năm.phát triển, thông tin di động đã trải qua nhiều giai đoạn phát triểnquan trọng Từ hệ thống thông tin di động tương tự thế hệ thứ nhất.đến hệ thống thông tin

di động số thế hệ thứ hai, hệ thống thông tin di động băng rộng thế hệ thứ ba, hệ thốngthông tin di động đa phương tiện thế hệ thứ tư đang được triển khai.trên phạm vi toàn cầu

và thế hệ thông tin di động thế hệ thứ năm đang được nghiên cứu tại một số nước

Với sự bùng nổ.về tốc độ.của hệ thống di động 5G, thì hệ thống 5G sẽ được ứngdụng rộng rãi cho rất nhiều lĩnh vực của cuộc sống

Việc triển khai hệ thống di động 5G là vấn đề trong.tương lai xa Nhưng trước xuhướng phát triển chung về công nghệ.viễn thông đặc biệt là công nghệ thông tin di động,thị việc nghiên cứu và.tìm hiểu hệ thống thông tin di động 5G là cần thiết

1.2 Lộ trình phát triển của thông tin di động từ 1G đến 4G

Hình 1-1: Lộ trình phát triển từ 1G đến 4G 1.2.1 Hệ thống thông tin di động tương tự 1G

1G là mạng di động không dây đầu tiên, nó sử dụng các anten thu phát sóng gắnngoài, kết nối theo tín hiệu analog tới các trạm thu phát và nhận xử lí.tín hiệu thoại thôngqua module gắn trong di động. Sử dụng công nghệ tương tự và đa.truy cập phân chia theotần số FDMA

 NM: là chuẩn dành cho các nước ở Bắc Âu

 AMPS: dịch vụ điện.thoại di động tiến, được triển khai tại Mỹ

 TACS: hệ thống thông tin truy cập tổng thể

Ưu – nhược điểm: dịch vụ đơn giản là thoại với chất.lượng thấp, tính bảo mật kém, dễ bịnhiễu và vùng phủ sóng hẹp

1.2.2 Hệ thống di động số 2G

Hệ thống mạng 2G được đặc trưng bởi công nghệ.chuyển mạch kĩ thuật số (digitalcircuit switched), kỹ thuật này chiếm ưu thế hơn Dịch vụ của 2G cũng được cải tiến,ngoài dịch vụ thoại còn có dịch.vụ nhắn tin đơn giản gọi là SMS Phương thức.truy cập làTDMA và CDMA

Một số hệ thống điển hình:

 Global System for Mobile Phone: sử dụng phương thức truy cập TDMA được.triểnkhai tại châu Âu

 D-AMPS: sử dụng phương thức TDMA được.triển khai tại Mỹ

 PD: sử dụng phương.thức TDMA được triển khai tại Nhật Bản

 IS-95: sử dụng phương thức truy cập CDMA được triển khai tại Mỹ và Hàn Quốc

Ưu điểm: chất lượng thoại.được cải tiến, dung lượng tăng, hỗ trợ các dịch vụ số liệu, bảomật và chống nhiễu tốt hơn

Nhược điểm: không xử lý được các.dữ liệu phức tạp

1.2.3 Hệ thống di động 3G

3G là thế hệ của chuẩn công.nghệ điện thoại di động, cho phép truyền cả dữ liêuthoại chất lượng tốt và ngoài thoại như là: tải dữ liệu, gửi mail, tin nhắn nhanh, hình ảnh,internet, video, GPS

3G cung cấp cả hai hệ thống là chuyển mạch gói.và chuyển mạch kênh, 3G dùng kĩthuật đa truy cập CDMA và W-CDMA với băng thông rộng

Các hệ thống di.động của mạng 3G:

 UMTS: sử dụng công nghệ W-CDMA và được chuẩn.hóa bởi 3GPP Tốc độ tối đa

là 1920Kbps

 CDMA 2000: sử dụng công nghệ CDMA và nó được chuẩn.hóa bởi 3GPP2

Ưu điểm: tốc độ dữ liệu cao, tăng hiệu quả sử.dụng phổ tần, dung lượng mở rộng và lớn,

hỗ trợ dữ liệu và thoại tốt hơn, dịch vụ đa.phương tiên được mở rộng

Nhược điểm: đòi hỏi băng.tần rộng và cần chi phí cao

1.2.4 Hệ thống mạng 4G

4G là mạng di động thế hệ thứ tư hay còn.được gọi là LTE do 3GPP phát triển 4G

là chuẩn tương lai của các thiết.bị không dây, cung cấp kết nối mọi lúc mọi nơi, dịch vụtốc độ dữ liệu cao, công nghệ vô tuyến hỗ trợ băng.thông một cách linh hoạt, phục vụ đaphương tiện nhanh, đa dạng

Bảng 1-1: Mục tiêu của 4G

Bảng 1-2: Các đặc điểm chính của công nghệ LTE

Đường lên SC-FDMA

MIMO Đường xuống 2*2, 4*2, 4*4.Đường lên 1*2, 1*4.

Tốc độ dữ liêu đỉnh trong 20 MHz

Đường xuống 173 và 326 Mb/s tương ứng với

cấu hình MIMO 2*2 và 4*4

Đường lên 85 Mb/s với cấu hình 1*2 anten

Các công nghệ khác Lập biểu chính xác kênh, liên kết thích ứng, điềukhiển công suất ICIC và ARQ hỗn hợp.

Hình 1-2: Sự phát triển từ 3G lên 4G

4GHSDPA

A

WiMAX

WiMAX được ITU-R công nhận là.một chuẩn của 3G WiMAX cung cấp băngthông và phạm vi phủ.sóng rộng, tạo ra các kết nối tốc độ cao cho cả thuê bao di động và

cố định

LTE là công nghệ được chuẩn hóa bởi 3GPP

Cả WiMAX và LTE đều sử dụng công nghệ đa truy.cập phân chia theo tần số trựcgiao OFDMA

Ưu điểm: tốc độ cao hơn và dung.lượng lớn, phục vụ mọi lúc, mọi nơi

Nhược điểm: yêu cầu thiết.bị phải hiện đại

1.3 Tóm tắt các thế hệ di động

Bảng 1-3: Tóm tắt các thế hệ di động

2G GSM, IS-136, IS-95 Thoại và kết hợp tinnhắn ngắn TDMD, CDMA, côngnghệ số, băng hẹp.3G CDMA 2000,UMTS

Truyền dẫn thoại vàdịch vụ đa phương

tiện

W-CDMA, băng rộng,chuyển mạch gói, tốc độ

dữ liệu 100 Mbps

CHƯƠNG 2 HỆ THỐNG TRUYỀN THÔNG HỢP TÁC

2.1 Các hiện tượng ảnh hưởng tới kênh truyền

 Hiện tượng đa đường (Multiparth)

Hình 2-1: Hiện tượng đa đường

 Hiệu ứng Doppler

hiệu thu

 Suy hao đường truyền

 Hiệu ứng bóng râm (Shadowing)

2.2 Truyền thông hợp tác

2.2.1 Tổng quát

Truyền thông hợp tác được ứng.dụng trong các hệ thống thông tin vô tuyến nhưmạng di động tế bào và mạng cảm biến không dây

2.2.2 Giao thức truyền thông hợp tác

Một hệ thống truyền thông hợp.tác điển hình có thể được thiết kế bởi hai bước trựgiao nhau để tránh nhiễu giữa hai bước đó:

Bước 1: một nguồn phát gửi thông tin cho đích.đến nó, và thông tin đó cũng nhận đượctại nút chuyển tiếp cùng thời gian

Bước 2: nút chuyển tiếp có thể giúp nguồn bằng.cách đẩy đi hoặc truyền lại thông tin tớiđích

2.2.3 Mô hình kênh chuyển tiếp

Mạng truyền thông hợp tác hoạt động dựa trên các kênh.chuyển tiếp và các thiết bịđầu cuối Mô hình kênh chuyển tiếp gồm 3 nút: nút nguồn (S), nút relay (R), nút đích (D)

2.2.4 Phân loại mô hình chuyển tiếp

- Chuyển tiếp hai chặng: dùng một nút relay để chuyển.thông tin từ nguồn tới đích

Hình 2-5: Chuyển tiếp hai chặng

- Chuyển tiếp đa chặng: dùng hai hay nhiều nút relay để chuyển thông.tin từ nguồntới đích.

Hình 2-5: Chuyển tiếp đa chặng 2.2.5 Các cơ chế truyền dẫn chuyển tiếp

 Giao thức khuếch đại và chuyển tiếp cố định AF (Amplify and Forward)

Giao thức AF: là giao thức khuếch đại và chuyển tiếp cố định Tín hiệu truyền từnguồn đến relay được.khuếch đại lên và sau đó relay sẽ truyền tín hiệu đã được khuếchđại này đến đích

Hình 2-5: Giao thức AF

 Giao thức giải mã và chuyển tiếp DF (Decode and Forward)

Giao thức DF: là giao thức giải mã và chuyển tiếp cố định, tín hiệu truyền từ nguồnđến relay và sẽ.được giải mã sau đó mã hóa lại và truyền tới đích

Hình 2-5: Giao thức DF

CHƯƠNG 3 ĐÁNH GIÁ XÁC SUẤT DỪNG VÀ THÔNG LƯỢNG

3.1 Hệ thống mạng 5G

Hiện nay, hệ thống mạng 4G đang được triển khai trên thế giới nhưng với nhu cầungày càng cao của con người nên đòi hỏi phải nghiên.cứu và phát triển một thế hệ mạngmới Mạng 5G là thế hệ di động thế hệ kế.tiếp sau 4G và hiện nay đang được nghiên cứubởi nhiều nước khác nhau 5G sẽ có nhiều tính năng vượt trội hơn, nhằm đáp ứng nhu cầucủa con người

- Đơn công (Simplex): thông tin chỉ được.truyền theo một hướng

- Bán song công (Half-duplex): thông tin được truyền theo hai chiều nhưng khôngđồng thời, tại mỗi thời điểm.thông tin chỉ truyền theo một hướng

- Song công (Full-duplex): thông tin có thể truyền theo hai.chiều tại một thời điểmtrên tuyến dữ liệu

3.3 Đánh giá thông lượng và xác suất dừng trong hệ thống song công sử dụng chuyển tiếp DF

3.3.1 Mô hình hệ thống song công

Mô hình hệ thống

Mô hình hệ thống chuyển tiếp song công gồm 3 nút: nút nguồn, nút relay và nútđích Giả thiết không có liên kết giữa nút.nguồn và nút đích và thông tin được truyền từnguồn đến đích thông qua nút relay

Hình 3-1: Mô hình hệ thống song công Quá trình truyền thông tin

Thu năng lượng (Energy Havesting)

d2 d1

R

Relay

f

xR yR

yD

Dựa trên mô hình hệ thống, giả sử d1 và d2 là 1 Km, tín hiệu nhận được ở relay và đích lầnlượt là:

Trong đó:

y R, y D: tín hiệu nhận.tại relay và đích

x S, x R: tín hiệu phát đi.tại nguồn và relay

h,g: hệ số kênh truyền

f: kênh tự nhiễu tại relay

n R, n D: nhiễu AWGN ở relay và đích với phương sai N0

ρ : hệ số chuyển đồi công suất

Quá trình truyền chia thành hai giai đoạn:

 Giai đoạn 1: relay thu năng lượng từ.nguồn trong thời gian T/2.

 Giai đoạn 2: truyền thông tin trong khoảng thời gian T/2 còn lại

Năng lượng Eh thu được tại nút relay:

Trong đó:

T: thời gian tín hiệu truyền từ S đến D.

η: hiệu suất chuyển đổi năng lượng

P S: công suất nguồn

Tỉ số SNR

Từ tín hiệu y R, y D nhận tại relay và đích ta suy ra SNR1, SNR2 như sau:

SNR1= (1− ρ) P S |h|2

|f|2 P R+No (3.5)Thay P R từ công thức (3.4) vào công thức (3.5) ta có:

Đặt |g|=z, thay vào công thức (3.10) ta được:

B=P r(η ρ P S x z

No ≥ γ)=1−Pr(η ρ P S x z

C

CHƯƠNG 4 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG VÀ NHẬN XÉT

4.1 Kết quả mô phỏng và nhận xét

4.1.1 Mô phỏng theo P S

Bảng 4-1: Thông số theo P S

Hình 4-2: Xác suất dừng hệ thống theo P s

Hình 4-3: Thông lượng hệ thống theo P s

Nhận xét: P S tỉ lệ nghịch với P out và tỷ lệ thuận với thông lượng hệ thống P S nằm trongkhoảng từ 0 đến 5 dB thì P out 1 còn thông lượng của hệ thống gần như là 0 bits/s/Hz P S

tăng dần lớn hơn 5 dB, P out bắt đầu giảm dần và thông lượng của hệ thống tăng dần, khi

P S=30 dB đạt cực đại thì P out=0.92 và thông lượng đạt 0.12 bits/s/Hz

4.1.2 Mô phỏng theo ρ

Bảng 4-2: Thông số theo ρ

Hình 4-4: Xác suất dừng hệ thống theo ρ

Hình 4-5: Thông lượng hệ thống theo ρ

Nhận xét: P out giảm dần khi ρ nằm trong khoảng 0 đến 0.45 và bắt đầu tăng khi ρ lớn hơn0.45 Ngược lại, thông lượng của hệ thống bắt đầu tăng khi ρ tăng từ 0 đến 0.45 và đạtcực đại là 0.425 bits/s/Hz, ρ lớn hơn 0.45 thì thông lượng giảm Khi ρ=1 thì xác suất

dừng của hệ thống bằng 1 còn thông lượng của hệ thống bằng 0 bits/s/Hz

4.1.3 Mô phỏng theo R

Bảng 4-3: Thông số theo R

Hình 4-6: Xác suất dừng hệ thống theo R

Hình 4-7: Thông lượng hệ thống theo R

Nhận xét: P out 1 khi R có giá trị từ 5 đến 7 bps/Hz, P out tỷ lệ thuận với R Thông lượngtăng khi R trong khoảng từ 0 tới 1 và đạt cực đại tại R=1 và giá trị cực đại là 0.22bits/s/Hz, khi R lớn hơn 1 thì thông lượng bắt đầu giảm dần Khi R=7 thì xác suất dừngcủa hệ thống bằng 1 còn thông lượng của hệ thống bằng 0 bits/s/Hz

CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN

5.1 Kết luận

 Tìm hiểu được các thế hệ mạng di động, các dạng kênh truyền, các hiện tượng ảnhhưởng đến chất lượng kênh truyền, mạng truyền thông hợp tác

 Tìm hiểu được cơ chế truyền dẫn chuyển tiếp, chế độ truyền dẫn

 Mô phỏng và đánh giá được thông.lượng và xác suất dừng của hệ thống song côngvới chuyển tiếp DF theo pân chia công suất và P out

Đánh giá hệ thống song công và.bán song công dựa trên PSR cho kỹ thuật chuyển tiếp AF

và hệ thống song công cho chuyển tiếp DF