TÌM HIỂU mô HÌNH CHUYỂN TIẾP TRONG hệ THỐNG SONG CÔNG sử DỤNG THUẬT TOÁN KHUẾCH đại và CHUYỂN TIẾP

TÌM HIỂU mô HÌNH CHUYỂN TIẾP TRONG hệ THỐNG SONG CÔNG sử DỤNG THUẬT TOÁN KHUẾCH đại và CHUYỂN TIẾP TÌM HIỂU mô HÌNH CHUYỂN TIẾP TRONG hệ THỐNG SONG CÔNG sử DỤNG THUẬT TOÁN KHUẾCH đại và CHUYỂN TIẾP TÌM HIỂU mô HÌNH CHUYỂN TIẾP TRONG hệ THỐNG SONG CÔNG sử DỤNG THUẬT TOÁN KHUẾCH đại và CHUYỂN TIẾP TÌM HIỂU mô HÌNH CHUYỂN TIẾP TRONG hệ THỐNG SONG CÔNG sử DỤNG THUẬT TOÁN KHUẾCH đại và CHUYỂN TIẾP

TRONG HỆ THỐNG SONG CÔNG SỬ DỤNG THUẬT TOÁN KHUẾCH ĐẠI

VÀ CHUYỂN TIẾP

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU V DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT VI CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ MÔ HÌNH CHUYỂN TIẾP TRONG HỆ THỐNG

SONG CÔNG SỬ DỤNG THUẬT TOÁN KHUẾCH ĐẠI VÀ CHUYỂN TIẾP 1

1.1 MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI 1

1.2 TÍNH THIẾT YẾU CỦA ĐỀ TÀI 1

1.3 YÊU CẦU ĐỀ TÀI 2

CHƯƠNG 2 NỘI DUNG ĐỀ TÀI 3

2.1 KỸ THUẬT CHUYỂN TIẾP TRONG MẠNG TRUYỀN THÔNG 3

2.1.1 Giới thiệu: 3

2.1.2 Kỹ thuật chuyển tiếp 3

2.1.3 Các loại chuyển tiếp 4

2.1.4 Phương pháp chuyển tiếp tín hiệu 4

2.2 MÔ HÌNH HỆ THỐNG SONG CÔNG 5

2.2.1 Hệ thống 5

2.2.2 Truyền thông tin 6

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG 9

3.1 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG THEO PS 9

3.2 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG THEO ALPHA 10

3.3 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG THEO R 13

CHƯƠNG 4 NHẬN XÉT 15

CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN 16

5.1 KẾT LUẬN 16

5.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN 16

Hình 2- 2 Chuyển tiếp loại I và II [2] 4

Hình 2- 3 Chuyển tiếp AF [3] 4

Hình 2- 4 Chuyển tiếp DF [3] 5

Hình 2- 5 Mô hình hệ thống song công 5

Hình 2- 6 Truyền thông tin trong hệ thống song công 6

Hình 3- 1 Đồ thị xác suất dừng theo Ps 9

Hình 3- 2 Thông lượng theo Ps 10

Hình 3- 3 Đồ thị xác suất dừng theo alpha 11

Hình 3- 4 Đồ thị thông lượng theo alpha 12

Hình 3- 5 Đồ thị xác suất dừng theo R 13

Hình 3- 6 Đồ thị thông lượng theo R 14

Bảng 3- 1 Thông sô mô phỏng theo Ps 9 Bảng 3- 2 Thông số công suất theo alpha 11 Bảng 3- 3 Thông số công suất theo R 13

TSR Time -switching relaying

SNR Signal-to-Noise Ratio

LTE Long Term Evolution

IEEE Institude of Electrical and Electronics Engineers

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ MÔ HÌNH CHUYỂN TIẾP TRONG HỆ THỐNG SONG CÔNG SỬ DỤNG THUẬT TOÁN KHUẾCH ĐẠI VÀ

1.2 Tính thiết yếu của đề tài

Chuyển tiếp là một cách hiệu quả để hạn chế giảm hiệu suất bởi fading, mất đườngtruyền Trong bài này, ta tập trung vào việc thực hiện thông qua thông tin khôngbằng thuật toán khuếch đại và chuyển tiếp (AF) bằng giao thức chuyển tiếp theothời gian (TSR) Bằng cách nay, ta tạo một hệ thống chuyển tiếp trang bị ăng-tenhai riêng biệt, một cho truyền tải thông tin và cho tiếp nhận thông tin.Từ đó ta xemxét hiệu suất năng lượng thu hoạch của hệ thống với toán học phân tích và môphỏng

1.3 Yêu cầu đề tài

 Tìm hiểu mô hình chuyển tiếp AF

 Tìm hiểu Wireless Information and Power Transfer with Full Duplex

Relaying

 Tìm hiểu mô hình song công và xây dựng công thức

 Hoàn thiện công thức và mô phỏng matlab

CHƯƠNG 2 NỘI DUNG ĐỀ TÀI

1.4 Kỹ thuật chuyển tiếp trong mạng truyền thông

1.1.1 Giới thiệu:

Một trong những thành phần quan trọng trong mạng truyền thông là nút chuyển tiếp(Relay) và các đầu-cuối Để tìm hiểu thêm về về kỹ thuật chuyển tiếp nhằm tạo tiền

đề cho việc phân tích hoạt động của nút chuyển tiếp

1.1.2 Kỹ thuật chuyển tiếp

Trong mạng truyền thông, việc tăng cường dung lượng, mở rộng phạm vi phủ sóng

và giảm chi phí vận hành là mục tiêu của các nhà quản lý mạng viễn thông Đồngthời, nhằm giảm sự suy yếu của tín hiệu do suy giảm kênh truyền như fading… Kỹthuật chuyển tiếp AF là một công nghệ hiện đại đáp ứng được yêu cầu đặt ra

Hình 2- 1 Mô hình chuyển tiếp [3]

1.1.3 Các loại chuyển tiếp

Có hai loại chuyển tiếp được định nghĩa trong tiêu chuẩn 3GPP LTE-Advanced làchuyển tiếp loại 1 (Type-I) và loại 2 (Type-II)

Hình 2- 2 Chuyển tiếp loại I và II [2]

1.1.4 Phương pháp chuyển tiếp tín hiệu

- Khuếch đại và chuyển tiếp (Amplify and Forward - AF)

Hình 2- 3 Chuyển tiếp AF [3]

Phương pháp AF: Trạm chuyển tiếp (Relay) nhận được tín hiệu từ nguồn ( Source)

đã bị suy hao và cần phải khuếch đại lên trước khi truyền tiếp đến đích( Destination)

- Giải mã và chuyển tiếp (Decode and Forward - DF)

Hình 2- 4 Chuyển tiếp DF [3]

Phương pháp DF: Phương pháp này dùng trong việc truyền tín hiệu số Tín hiệunhận từ nguồn ( Source) được đầu tiên được giải mã và sau đó mã hóa rồi truyềnđến đích (Destination), vì vậy nhiễu không được khuếch đại trong tín hiệu nhậnđược

1.5 Mô hình hệ thống song công

1.1.5 Hệ thống

Hình 2- 5 Mô hình hệ thống song công

Mô hình hệ thống chuyển tiếp song công: Nguồn (Source) sẽ gửi thông tin đến đích(Destination) thông qua Relay để khuếch đại và chuyển tiếp Các relay được trang

bị với một an-ten truyền và một an-ten thu Ngoài ra, các relay được giả định đã cónguồn cung cấp năng lượng khác nhưng chỉ năng lượng thu hoạch từ các nguồn

 Từ mô hình hệ thống:

Trong giai đoạn thu hoạch năng lượng, các tín hiệu nhận được tại các nút chuyểntiếp có thể được biểu thị dưới dạng:

e

y h x n (2.1)Tín hiệu nhận ở relay vào giai đoạn truyền tải thông tin, tín hiệu nhận được tại cácrelay có thể được biểu thị dưới dạng

R h x s f x R n R

y    (2.2)Tín hiệu nhận được tại đích:

n n : nhiễu tạp âm Gaussian (AWGN) ở relay và ở đích với phương sai N0

1.1.6 Truyền thông tin

Hình 2- 6 Truyền thông tin trong hệ thống song công

Quá trình truyền thông được chia thành 2 giai đoạn:

 Giai đoạn 1: Relay thu hoạch năng lượng từ nguồn trong αTT.

 Giai đoạn 2: Khoảng (1 – αT)T còn lại để truyền thông tin.

 Năng lương thu tại nguồn với 01

k 





(2.6)

α : hệ số thời gian chuyển đổi, với 0<α<1.α<α<1.1

T : thời gian của khung tín hiệu truyền từ nguồn đến đích

 : hiệu suất chuyển đổi năng lượng

Ps :công suất của nguồn

 Hệ số khuếch đại: sau khi relay nhận yR từ nguồn khếch đại lên và truyền xRđến đích ta được công thức như sau:

Hay

R R

x G y

2 2

2

2 2

2

2 0

0 2

.| |

| |.| |

R

S

s R

R R

 Xác suất dừng là xác suất mà tỉ số SNR bé hơn một ngưỡng cho trước

AF out r

P P SNR (2.11)Giá trị ngưỡng  2R 1 , với R (bps/Hz) là tốc độ truyền của tín hiệu

   : giá trị trung bình của biến ngẫu nhiên f, h, g.

 Thông lượng: được tính tính qua đánh giá xác suất dừng của hệ thống ở tốc

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG

1.6 Kết quả mô phỏng theo Ps

Bảng 3- 1 Thông sô mô phỏng theo Ps

PoutSimulation: Exact PoutAnalytical

Hình 3- 1 Đồ thị xác suất dừng theo Ps

Hình 3- 2 Thông lượng theo Ps

 Nhận xét:

Ta nhận ra khi Ps càng tăng thì Pout càng giảm và ngược lại thông lượng hệ thốngcàng tăng Khi Ps nằm trong khoảng từ 0 đến 10 dB thì Pout xấp xỉ bằng 1, cònthông lượng xấp xỉ 0 bps/Hz do công suất nguồn phát bị ảnh hưởng nhiễu và hiệunăng thời điểm này thấp nhất Ngược lại, khi Ps tăng dần lớn hơn 10 dB, Pout bắtđầu giảm dần và thông lượng tăng dần

1.7 Kết quả mô phỏng theo alpha

Bảng 3- 2 Thông số công suất theo alpha

PoutSimulation: Exact PoutAnalytical

Hình 3- 3 Đồ thị xác suất dừng theo alpha

Hình 3- 4 Đồ thị thông lượng theo alpha

 Nhận xét:

Theo hình 3-3 và hình 3-4 công suất giảm dần khi alpha tăng dần Khi alpha đạt 0.6thì Pout là 0.6 Khi alpha lớn thì khoảng thời gian thu hoạch năng lượng tại relaylớn và khi tiệm cận 1 thì thông lượng giảm

1.8 Kết quả mô phỏng theo R

Bảng 3- 3 Thông số công suất theo R

PoutSimulation: Exact PoutAnalytical

Hình 3- 5 Đồ thị xác suất dừng theo R

Hình 3- 6 Đồ thị thông lượng theo R

 Nhận xét:

Theo hình 3-5 và hình 3-6 công suất tăng dần khi R tăng dần Khi R đạt 5.5 thì Pouttiệm cận và bằng 1 Ngược lại thì thông lượng giảm dần khi R đạt 5.5 thì thônglượng bằng 0

CHƯƠNG 4 NHẬN XÉT

Dựa trên kết quả mô phỏng ta có thể kết luận hệ thống đáp ứng được yêu cầu đặt ra

vì hai đường mô phỏng theo đường Simulation trùng khớp với đường Analyticalcho thấy việc xây dựng công thức và mô phỏng là chính xác

Mặt khác, nhận thấy giao thức AF xử lý tốt, tiết kiệm thời gian tính toán, song giaothức này khuếch đại cả nhiễu nên chỉ dùng để truyền ở khoảng cách ngắn nên cầnphát triển hơn nữa

CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN

1.9 KẾT LUẬN

- Trong bài này ta sử dụng RF năng lượng thu hoạch với sử dụng giao thứcchuyển đổi theo thời gian (TSR) Dựa trên giả định rằng các lỗi kênh làGaussian zero-có nghĩa là phân phối, xây dựng công thức phân tích xác suấtBessel và phép thử Monte Carlo trong hệ thống song công

- Tìm hiểu, xây dựng công thức và mô phỏng chính xác giao thức AF trong hệthống song công

- Mô phỏng xác suất dừng và thông lượng theo Ps, alpha và R

1.10 HƯỚNG PHÁT TRIỂN

 Ưu điểm

- Hiểu được chuyển tiếp AF trong hệ thống song công về nhiễu

- Hiểu về hệ thông song công và xây dựng công thức đúng

 Nhược điểm

- Chưa tìm hiểu về chuyển tiếp DF của hệ thống song công nên không đánhgiá được ưu nhược điểm của hai giao thức

- Đánh giá chỉ dựa trên nhiễu của đường truyền

- Đồng thời chỉ đánh giá trên chuyển tiếp theo thời gian TSR

 Hướng phát triển

- Tìm hiểu về DF trong hệ thống song công

- Tìm hiểu về cả AF và DF trong hệ thống bán song công

- Tìm hiểu hệ thống song công và bán song công dựa trên PSR

TÀI LIỆU THAM KHẢO

2 0

0 2

| |

| |.| |

R R

2

2 0

0 2

.| | .| |

| |.| |

R AF

out r

S

s R

R R

| |

| |

| | .| |

.| | | | .| | | |

P h

g f

0

0 2

| | | |

| | .| | | |.| |

0

.

N

y N k

k AF

b b

11

1 2

b v b R

1 2

k AF

1

1 0

y k