TÌM HIỂU mô HÌNH sử DỤNG nút CHUYỂN TIẾP TRONG hệ THỐNG bán SONG CÔNG THEO GIAO THỨC TSR

TÌM HIỂU mô HÌNH sử DỤNG nút CHUYỂN TIẾP TRONG hệ THỐNG bán SONG CÔNG THEO GIAO THỨC TSR TÌM HIỂU mô HÌNH sử DỤNG nút CHUYỂN TIẾP TRONG hệ THỐNG bán SONG CÔNG THEO GIAO THỨC TSR TÌM HIỂU mô HÌNH sử DỤNG nút CHUYỂN TIẾP TRONG hệ THỐNG bán SONG CÔNG THEO GIAO THỨC TSR TÌM HIỂU mô HÌNH sử DỤNG nút CHUYỂN TIẾP TRONG hệ THỐNG bán SONG CÔNG THEO GIAO THỨC TSR

CHUYỂN TIẾP TRONG HỆ THỐNG BÁN SONG CÔNG THEO GIAO THỨC

TSR

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ iii

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT iv

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1

1.1 Giới thiệu đề tài 1

1.2 Lý do chọn đề tài 1

CHƯƠNG 2 LÝ THUYẾT TỔNG QUAN 2

2.1 Mô hình chuyển tiếp đơn chặng 2

2.2 Kỹ thuật khuếch đại và chuyển tiếp (AF) 3

2.3 Nhiễu đồng kênh 4

CHƯƠNG 3 PHÂN TÍCH KẾT QUẢ MÔ PHỎNG 5

3.1 Ảnh hưởng xác xuất dừng (Pout) và thông lượng (Thoughput) khi P S thay đổi 5

3.2 Ảnh hưởng xác xuất dừng (Pout) và thông lượng khi Alpha thay đổi 7

3.3 Ảnh hưởng xác xuất dừng (Pout) và thông lượng (Thoughput) khi tốc độ bit (R) thay đổi 9

CHƯƠNG 4 KẾT LUẬN 12

4.1 Nhận xét 12

4.2 Hướng phát triển 12

TÀI LIỆU THAM KHẢO 13

PHỤ LỤC 14

1 Thu thập năng lượng 14

2 Phân tích thông lượng 15

3 Tính xác suất dừng và thông lượng của hệ thống 16

Hình 2-2: Cơ cấu khối thời gian truyền TSR[1] 2

Hình 2-3: Phương pháp chuyển tiếp AF[3] 3

Hình 3-1: Biểu đồ xác suất dừng (Pout) biểu diễn theo PS 6

Hình 3-2: Biểu đồ thông lượng (Thoughput) biểu diễn theo PS 6

Hình 3-3: Biểu đồ xác suất dừng (Pout) biểu diễn theo Alpha 8

Hình 3-4: Biểu đồ thông lượng (Thoughput) biểu diễn theo Alpha 8

Hình 3-5: Biểu đồ xác suất dừng (Pout) biểu diễn theo tốc độ bit (R) 10

Hình 3-6: Biểu đồ thông lượng (Thoughput) biểu diễn theo tốc độ bit (R) 10

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI

1.1 Giới thiệu đề tài

Việc kéo dài thời gian hoạt động của một mạng không dây thông qua việc thu hoạchnăng lượng đang là đề tài nhận được nhiều sự quan tâm Mặc dù, ta có thể thay thếhoặc sạc lại pin cho hệ thống nhưng phải chịu chi phí cao và việc thay thế rất phức tạp.Cho nên bằng cách tận dụng các tín hiệu tần số vô tuyến (RF) là một giải pháp tốt Ưuđiểm của giải pháp này là các tín hiệu RF có thể mang năng lượng và thông tin cùnglúc Do đó tại các note relay có thể vừa thu hoạch năng lượng, vừa có thể xử lý thôngtin Mặc khác để giảm thiểu ảnh hưởng của nhiễu đồng kênh lên chất lượng hệ thống,

và hạn chế anten thu thì việc sử dụng nút relay để chuyển tiếp thông tin được xem làmột giải pháp hiệu quả

Đối với việc thu thập năng lượng không dây bằng tín hiệu RF, những tiến bộ mới nhấttrong các hệ thống điểm tới điểm có thể được phân thành hai cách Cách đầu tiên xemxét một thiết kế thu lý tưởng có thể đồng thời thu thập thông tin và thu năng lượngcùng một tín hiệu nhận được Tuy nhiên vì các mạch thực hiện thu hoạch năng lượng

từ các tín hiệu RF vẫn chưa thể giải mã trực tiếp thông tin Cách thứ hai xem xét mộtthiết kế thu thực tế với thu thập thông tin riêng biệt và thu năng lượng riêng cho thôngtin

1.2 Lý do chọn đề tài

Để đáp ứng nhu cầu sử dụng ngày càng lớn với lượng dữ liệu ngày càng tăng hệ thốngcần được thiết kế lại để có thể đáp ứng nhu cầu người dùng về tốc độ và độ an toànthông tin

Trong đồ án này em xin đề cập đến phương thức khuếch đại chuyển tiếp (AF) theo giaothức chuyển tiếp phân chia theo thời gian (TSR).

CHƯƠNG 2 LÝ THUYẾT TỔNG QUAN

2.1 Mô hình chuyển tiếp đơn chặng

Hình 2-1: Mô hình hệ thống đơn chặng [1]

Trong mô hình này nút R được lắp giữa S và D, nhiệm vụ chính của R là truyền tảithông tin từ sang D Ở mô hình bán song công theo giao thức TSR thì R thực hiện haiquá trình:

+Quá trình thứ nhất: R thu năng lượng từ S

+Quá trình thứ hai: R khuếch đại tín hiệu nhận được từ S chuyển tiếpsang D

Hình 2-2: Cơ cấu khối thời gian truyền TSR [1]

Theo giao thức TSR thời gian truyền được chia làm ba khe thời gian:

+Khe thứ nhất: dùng cho việc thu hoạch năng lượng tại R

+Khe thời gian thứ hai, thứ ba: Dùng cho việc chuyển tiếp thông tin

Ưu điểm của việc sử dụng nút chuyển tiếp:

+Mở rộng vùng phủ sóng

+Nâng cao chất lượng hệ thống

+Giảm chi phí lắp đặt

+Tối ưu công suất hệ thống

2.2 Kỹ thuật khuếch đại và chuyển tiếp (AF)

Với mạng truyền thông, việc tăng cường dung lượng, mở rộng phạm vi phủ sóng vàgiảm chi phí vận hành luôn là vấn đề hàng đầu của các nhà quản lý viễn thông Có rấtnhiều kỹ thuật được đưa nhưng kỹ thuật chuyển tiếp được xem là kỹ thuật tiên tiến cóthể đáp ứng nhu cầu của các nhà quản lý viễn thông Một số loại kỹ thuật chuyển tiếpđược đề cập như DF, AF Trong đề tài này kỹ thuật AF được nhắc đến

Kỹ thuật này được sử dụng tính toán thời gian hoặc công suất vốn có của trạm chuyển tiếp nơi mà năng lượng phát bị suy hao Tại R sẽ tiếp nhận tín hiệu suy hao từ S sau đó khuếch đại tín hiệu rồi chuyển tiếp đến D

Hình 2-3: Phương pháp chuyển tiếp AF [3]

Tuy AF là phương thức đơn giản nhưng mô hình chịu nhiều ảnh hưởng vì ngoàikhuếch đại tín hiệu thì nhiễu cũng khuếch đại theo

2.3 Nhiễu đồng kênh

Nhiễu đồng kênh [2] là nhiễu xảy ra khi hai máy phát cùng phát chung một tần số.Nhiễu đồng kênh thường xảy ra trong hệ thống vô tuyến số cellular bởi sự tái sử dụngtần số Đặc trưng cho nhiễu đồng kênh đó là tỉ số sóng mang trên nhiễu

Nguyên lý tái sử dụng tần số: Tổng băng thông được phân chia giữa các tế bào trongmột cụm Cụm này sẽ được sử dụng để xác định số cuộc gọi có thể được hỗ trợ trongmỗi tế bào Tuy nhiên hệ thống sẽ dễ gây giao thoa nếu giảm kích thước cụm

Nhiễu đồng kênh cũng là một bài toán hay gặp khi quy hoạch lại tần số thì việc sửdụng nút chuyển tiếp giúp hệ thống tránh khỏi ảnh hưởng của nhiễu đồng kênh đồngthời có thể tăng diện tích phủ sóng cho mạng tổ ong

CHƯƠNG 3 PHÂN TÍCH KẾT QUẢ MÔ PHỎNG

3.1 Ảnh hưởng xác xuất dừng (Pout) và thông lượng (Thoughput) khi P S thay đổi

Với α=0.3, R=3, λ g=0.7, λ h=0.6, η=0.7, N=1

Hình 3-4: Biểu đồ xác suất dừng (Pout) biểu diễn theo P S

Hình 3-5: Biểu đồ thông lượng (Thoughput) biểu diễn theo P S

Kết luận: Theo Hình 3-1, 3-2 cho ta thấy khi S không cấp năng lượng cho R tức PS tạiđiểm 0 thì thông lượng của hệ thống là 0 đồng thời xác suất dừng của hệ thống là 1.Khi công suất phát tăng lên R bắt đầu thu hoạch hoạch năng lượng kéo theo thônglượng tăng lên và xác suất dừng giảm Vậy để hệ thống như trên đạt được thông lượnglớn nhất đồng thời xác suất dừng là bé nhất thì ta chon PS tại 30dB thì thông lượng sẽlớn nhất và xác suất dừng là thấp nhất

3.2 Ảnh hưởng xác xuất dừng (Pout) và thông lượng khi Alpha thay đổi

Với P S=100, R=3, λ g=0.7, λ h=0.6, η=0.7, N=1

Hình 3-6: Biểu đồ xác suất dừng (Pout) biểu diễn theo Alpha.

Hình 3-7: Biểu đồ thông lượng (Thoughput) biểu diễn theo Alpha.

Kết luận: Nhìn vào hình 3-3 và 3-4 cho ta thấy khi alpha tại 0 xác xuất dừng lớn hệthống chưa hoạt động được do chưa đủ thời gian để R có thể thu đủ năng lượng Khialpha tăng thì xác suất dừng của hệ thống giảm xuống Nhưng theo hình 3-4 thônglượng của hệ thống không lớn nhất khi xác suất dừng đạt cực tiểu Vậy nhìn vào biểu

đồ cho thấy để hệ thống đạt được thông lượng lớn nhất và xác suất dừng hệ thống đủnhỏ để hệ thống hoạt động khi alpha = 0.35

3.3 Ảnh hưởng xác xuất dừng (Pout) và thông lượng (Thoughput) khi tốc độ bit (R) thay đổi

Với P S=100, α=0.4, λ g=0.7, λ h=0.6, η=0.7, N=1

Hình 3-8: Biểu đồ xác suất dừng (Pout) biểu diễn theo tốc độ bit (R).

Hình 3-9: Biểu đồ thông lượng (Thoughput) biểu diễn theo tốc độ bit (R).

Kết luận: Nhìn vào hai biểu đồ 3-5, 3-6 cho thấy nếu tốc độ bit thay đổi thì để đạtthông lượng lớn nhất tốc độ bit đạt tại R=3 Khi R lớn nhất xác suất dừng lớn nhấtđồng nghĩa thông lượng sẽ đạt cực tiểu.

CHƯƠNG 4 KẾT LUẬN

4.1 Nhận xét

Với hệ thống sử dụng nút chuyển tiếp giúp giảm được công suất tiêu thụ Tuy nhiênhạn chế của kỹ thuật AF là khi khuếch đại tín hiệu nhận được từ S thì nó cũng khuếchđại luôn tín hiệu nhiễu đây cũng là vấn đề trong kỹ thuật này, tuy nhiên ưu điểm của hệthống này khá đơn giản và dễ dàng lắp đặt

Thông qua mô phỏng cho thấy về độ lợi công suất hệ thống hoạt động khá tốt Nhưngvới alpha và tốc độ bit thì hệ thống chưa đạt tối ưu và chỉ đạt được tối ưu trong mộtkhoảng nhất định

4.2 Hướng phát triển

Tuy kỹ thuật AF vẫn chưa đạt được tối ưu nhất nhưng qua đây cho thấy nhiều mặt lợiích của kỹ thuật chuyển tiếp về tốc độ, dung lượng, công suất… Có nhiều hướng pháttriển trong kỹ thuật chuyển tiếp có thể tập trung phát triển kỹ thuật AF mục tiêu khắcphục tín hiệu nhiễu khi khuếch đại tại R hoặc áp dụng nhiều kỹ thuật mục đích pháttriển ưu điểm của kỹ thuật này và hạn chế khuyết điểm của nó

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Relaying Protocols for Wireless Energy Harvesting and Information Processing.[2] Đánh giá hiệu năng của mạng truyền thông cộng tác dưới tác động của suy hao phần cứng và nhiễu đồng kênh-Nguyễn Quốc Điền

[3] Kỹ thuật chuyển tiếp của hệ thống truyền thông đa chặng- Đỗ Thị Minh Quế.[4] I S Gradshteyn and I M Ryzhik, Table of integrals, series, and products, 4, Ed Academic Press, Inc., 1980

PHỤ LỤC

1 Thu thập năng lượng

Theo hình 2.3 đầu tiên nút R sẽ thu hoạch năng lượng từ S với thời gian là αT Sau đó T Sau đó

R nhận thông tin từ S với thời gian là 1- αT Sau đó T Bỏ qua ảnh hưởng khoảng cách d ta có tín hiệu thu được tại R và D :

2 Phân tích thông lượng

= 2 η|h|

4

|g|2P S2K

2η P S|h|2N|g|2K +|h|2P S N + N2=γ D (10)Trong các thành phần tại mẫu vì N2 rất bé và không đáng kể so với 2 thành phần còn lạinên ta có công thức gần đúng của SNR là:

Đặt u=cx−d → du=cdx Đổi cận: x= d

c → u=0, x=∞ →u=∞ Thay vào (16) ta có: