Đang tải... (xem toàn văn)
TÌM HIỂU mô HÌNH CHUYỂN TIẾP TRONG hệ THỐNG bán SONG CÔNG dưới sự ẢNH HƯỞNG NHIỄU PHẦN CỨNG sử DỤNG TRONG GIAO THỨC DF TÌM HIỂU mô HÌNH CHUYỂN TIẾP TRONG hệ THỐNG bán SONG CÔNG dưới sự ẢNH HƯỞNG NHIỄU PHẦN CỨNG sử DỤNG TRONG GIAO THỨC DF TÌM HIỂU mô HÌNH CHUYỂN TIẾP TRONG hệ THỐNG bán SONG CÔNG dưới sự ẢNH HƯỞNG NHIỄU PHẦN CỨNG sử DỤNG TRONG GIAO THỨC DF TÌM HIỂU mô HÌNH CHUYỂN TIẾP TRONG hệ THỐNG bán SONG CÔNG dưới sự ẢNH HƯỞNG NHIỄU PHẦN CỨNG sử DỤNG TRONG GIAO THỨC DF
TÌM HIỂU MƠ HÌNH CHUYỂN TIẾP TRONG HỆ THỐNG BÁN SONG CÔNG DƯỚI SỰ ẢNH HƯỞNG NHIỄU PHẦN CỨNG SỬ DỤNG TRONG GIAO THỨC DF MỤC LỤC DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VI DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT VII CHƯƠNG GIỚI THIỆU TỔNG QUAN 1.1 GIAO THỨC DF TRONG HỆ THỐNG BÁN SONG CÔNG .1 1.1.1 Hệ thống bán song công 1.1.2 Giao thức DF 1.2 NHIỄU PHẦN CỨNG CHƯƠNG NỘI DUNG ĐỀ TÀI 2.1 GIỚI THIỆU HỆ THỐNG .3 2.1.1 Giai đoạn Realay nhận lượng từ nguồn 2.1.2 Giai đoạn Relay xử lý thông tin nhận từ Nguồn .4 2.1.3 Giai đoạn từ Relay tới Đích 2.1.4 Xác suất dừng 2.2 THÔNG LƯỢNG HỆ THỐNG .8 CHƯƠNG MÔ PHỎNG 3.1 CƠ SỞ MÔ PHỎNG 3.2 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG BẰNG MATLAB .9 CHƯƠNG NHẬN XÉT VÀ KẾT LUẬN 11 4.1 NHẬN XÉT 11 4.2 KẾT LUẬN 11 TÀI LIỆU THAM KHẢO 12 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ HÌNH 1-1: PHƯƠNG PHÁP CHUYỂN TIẾP DF HÌNH 2-1 BA GIAI ĐOẠN CỦA MƠ HÌNH CHUYỂN TIẾP HDX [5] HÌNH 2-2 SỰ PHÂN CHIA KHE THỜI GIAN CỦA MƠ HÌNH HDX [5] .3 HÌNH 3-1: THƠNG LƯỢNG NGÕ RA KHI THAY ĐỔI ALPHA HÌNH 3-2 XÁC SUẤT NGÕ RA KHI THAY ĐỔI ALPHA 10 DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT AWGN D DF HDX R S SINR SNR Additive White Gaussian Noise Destination Decoder and forward Half-duplex Relay Soure Signal-to-interference-plus-noise ratio Signal-to-Noise Ratio Trang 1/12 CHƯƠNG GIỚI THIỆU TỔNG QUAN 1.1 Giao thức DF hệ thống bán song công 1.1.1 Hệ thống bán song công Trong viễn thông, hệ thống truyền song công hệ thống điểm – điểm bao gồm hai bên kết nối thiết bị giao tiếp với theo hai hướng Có hai loại hệ thống truyền song cơng Full-duplex Half-duplex “Du” xuất phát từ “Double” có nghĩa “đơi”, “plex” có nghĩ “cấu trúc” (structure) phần (parts of) Có nghĩa là, hệ thống song cơng có hai đường truyền liệu xác định rõ ràng, với đường dẫn mang thông tin với hướng: từ A tới B từ B tới A Trong bài, xét hệ thống Half-duplex (HDX) [4] Hệ thống HDX cung cấp thông tin liên lạc hai hướng, thời điểm, tín hiệu chạy theo hướng thiết bị đóng vai trò thu phát tín hiệu thời điểm, thực vai trò hai bên thu phát dùng chung tần số [3] Thông thường, một bên bắt đầu nhận tín hiệu, phải đợi máy phát nhừng phát trước trả lời Các hệ thống HDX thường sử dụng để bảo vệ băng thơng, cần kênh truyền thơng chia sẻ luân phiên hai hướng, nữa, thời gian dành cho truyền tín hiệu kiểm sốt chặt chẽ phần cứng nên giảm thiểu lãng phí kênh dùng để chuyển đổi 1.1.2 Giao thức DF Giao thức DF ( Decoder and Forward) có nghĩa giải mã chuyển tiếp, phương pháp dùng việc truyền tính hiệu số Tín hiệu nhận sau giải mã sau mã hóa, nhiễu khơng khuếch đại tín hiệu nhận CHUYỂN TIẾP TRONG HT BÁN SONG CÔNG Trang 2/12 Hình 1-1: Phương pháp chuyển tiếp DF 1.2 Nhiễu phần cứng Trong thực tế, phần cứng nút vơ tuyến khơng hồn hảo mà ln ln bị ảnh hưởng suy yếu, ví dụ chuyển tiếp khơng tuyến tính, nhiễu pha… Sự suy yếu có tác động đáng kể đặc biệt hệ thống tốc độ cao Vì cần phải phân tích để đánh giá tác động suy giảm nhiễu nút chuyển tiếp nút đích giao thức giải mã chuyển tiếp để thấy sử ảnh hưởng lên thiết bị thu phát CHUYỂN TIẾP TRONG HT BÁN SONG CÔNG Trang 3/12 CHƯƠNG NỘI DUNG ĐỀ TÀI 2.1 Giới thiệu hệ thống Hệ thống chuyển tiếp Half-duplex trải qua giai đoạn sau: Nơi nút nguồn S (Source) gửi thơng tin tới nút đích D (Destination) thơng nút chuyển tiếp trung gian R (Relay) - giúp tiếp nhận giải mã thơng tin từ nút nguồn sau mã hóa gửi thơng tin tới nút đích mà cần nhận lượng từ nguồn S để hoạt động [5] Hình 2-1 Ba giai đoạn mơ hình chuyển tiếp HDX [5] Từ nút R, ta chia làm hai khoảng thời gian Relay nhận tín hiệu từ nguồn, thời gian mã hóa liệu, gọi T thổng thời gian ta có T hai khoảng thời gian tương ứng Sau đó, thời gian mã hóa liệu chia làm phần, từ Relay tiếp nhận thông tin từ nút nguồn S Relay gửi thông tin giải mã tới đích D Hình 2-2 Sự phân chia khe thời gian mơ hình HDX [5] CHUYỂN TIẾP TRONG HT BÁN SONG CÔNG Trang 4/12 2.1.1 Giai đoạn Realay nhận lượng từ nguồn Ở giai đoạn này, tín hiệu nhận từ Relay biểu diễn sau: với h hệ số kênh từ Source tới Relay, xS lượng tín hiệu truyền với E|xe|2 = Ps ,với E| | ký hiệu kỳ vọng, nR hệ số nhiễu trắng Gauss(AWGN - Additive White Gaussian Noise), với phương sai No Như vậy, lượng thu giai đoạn tính là: Với số biểu thị chuyển đổi lượng Ở phần này, ta bỏ qua nhiễu phần cứng quan tâm tới lượng nhận tín hiệu Vì vậy, cơng suất phát tính sau: Với: 2.1.2 Giai đoạn Relay xử lý thông tin nhận từ Nguồn Như đề cập trên, q trình xử lý thơng tin mã hóa thơng tin chia làm hai phần có thời gian Trong khoảng thời gian tiếp nhận thông tin, suy giảm nhiễu phần cứng, tín hiệu Relay biểu diễn sau: (5) Trong đó, biểu thị nhiễu gây suy giảm phần cứng nút nguồn, coi biến ngẫu nhiên Gausian với phương sai Ps2 r biểu thị nhiễu Gauss nút Relay Vì vậy, hệ số tín hiệu nhiễu SNR nút Relay tính phương trình sau đây: Với: hệ số nhiễu phần cứng Relay CHUYỂN TIẾP TRONG HT BÁN SONG CÔNG Trang 5/12 hệ số suy giảm phần cứng Relay 2.1.3 Giai đoạn từ Relay tới Đích Giả định liên kết nguồn (S ) đích (D) yếu, khoảng thời gian phụ thuộc hoàn toàn vào liên kết chuyển tiếp từ Relay tới đích Vậy tín hiệu nút đích tính sau: (7) Trong đó: nhiễu gây suy giảm phần cứng R tín hiệu truyền qua Relay thỏa mãn nD : nhiễu nút đích Vậy hệ số tín hiệu nhiễu nút đích biểu diễn sau: Với hệ số suy giảm phần cứng đích 2.1.4 Xác suất dừng Trong giao thức chuyển tiếp DF (giải mã chuyển tiếp), việc truyền liệu chia thành hai bước tách riêng không phụ thuộc lẫn Ngoài ra, tất máy phát giả định cấu trúc phần cứng, tức hệ số suy giảm phần cứng nhau, hay : Như vậy, nút R không giải mã chuyển tiếp thành cơng liệu số cơng suất tín hiệu nhiễu SNR < giá trị ngưỡng cho trước, đặt Định lý Shannon: Định luật Shannon định nghĩa thông lượng kênh (ký hiệu C) tốc độ bit (R) lớn mà thơng tin qua kênh mà thơng tin khơng bị méo Thông lượng kênh xác định: C = B log2 (1 + S/N) < R (9) CHUYỂN TIẾP TRONG HT BÁN SONG CƠNG Trang 6/12 Với B băng thơng kênh thơng tin, có đơn vị đo [Hz], S cơng suất tín hiệu truyền đi, có đơn vị [W], N cơng suất nhiễu, có đơn vị đo [W] C R có thứ nguyên [bit/giây] hay [b/s], R tốc độ bit Cho B = 1, từ công thức (9) => SNR = 2R -1 = Vậy xác suất dừng tình sau: Pout = Pr( min( SNR1, SNR2) < Pout = – ( SNR1 , SNR2 ) Từ (6) (8), viết lại thành: Thay Vậy Đặt CHUYỂN TIẾP TRONG HT BÁN SONG CÔNG Trang 7/12 Sử dụng độc lập biến ngẫy nhiên hàm mật độ xác suất (Probability density function hay PDF) dùng để biểu diễn phân bố xác suất theo tích phân Hàm mật độ xác suất ln có giá trị khơng âm tích phân từ −∞ tới +∞ có giá trị Hàm mật độ xác suất coi phiên làm mịn biểu đồ tần số: liên tiếp đo đạc thực nghiệm giá trị biến ngẫu nhiên liên tục tạo biểu đồ tần số mô tả tần suất tương đối miền biến thiên kết quả, biểu đồ tần số trơng giống với mật độ xác suất biến ngẫu nhiên (giả sử biến lấy mẫu đủ thường xuyên miền biến thiên kết đủ nhỏ) [2] Vậy phương trình (13) viết lại sau: 2.2 Thơng lượng hệ thống Thơng lượng trung bình tính xác suất gián đoạn sau: CHUYỂN TIẾP TRONG HT BÁN SONG CÔNG Trang 8/12 CHƯƠNG MÔ PHỎNG 3.1 Cơ sở mô Tiến hành mô Monte Carlo để xác minh phân tích phát triển phần trước Monte Carlo Simulation kỹ thuật phân tích dựa biến số ngẫu nhiên, xem kỹ thuật hay, công cụ quan trọng hữu ích [1] 3.2 Kết mơ matlab Hình 3-1: Thơng lượng ngõ thay đổi alpha CHUYỂN TIẾP TRONG HT BÁN SONG CÔNG Trang 9/12 Hình 3-2 Xác suất ngõ thay đổi alpha CHUYỂN TIẾP TRONG HT BÁN SONG CÔNG Trang 10/12 CHƯƠNG NHẬN XÉT VÀ KẾT LUẬN 4.1 Nhận xét Qua kết mơ phỏng, thấy chế độ SINR thấp nhiễu phần cứng ảnh hưởng lớn đến hiệu hệ thống Tuy nhiên, công suất truyền tải lớn, nhiễu phần cứng ảnh hưởng đến chất lượng hệ thống Trong phần lập trình, cho giá trị SNR thiết lập 30db, kết phân tích hồn tồn trùng khớp với kết mô 4.2 Kết luận Qua trình nghiên cứu hiệu suất mạng chuyển tiếp half-duplex DF sử dụng thu hoạch lượng RF với giao thức chuyển mạch thời gian tập trung vào tác động suy giảm phần cứng hiệu hệ thống Với suy yếu phần cứng hai nút nguồn nút chuyển tiếp, mô theo biến ngẫu nhiên Gauss Kết mơ cơng thức phân tích cho xác suất bị gián đoạn thông lượng hệ thống xác minh kết theo mô Monte Carlo Từ kết đó, quan sát thấy khiếm khuyết phần cứng có ảnh hưởng nghiêm trọng đến hiệu suất hệ thống chế độ SINR thấp Tuy nhiên, chế độ SINR cao, hệ thống đạt hiệu tốt suy giảm bị hạn chế CHUYỂN TIẾP TRONG HT BÁN SONG CÔNG Trang 11/12 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1] https://hocpmp.com/monte-carlo/ [2] https://vi.wikipedia.org/wiki/H%C3%A0m_m%E1%BA%ADt_ %C4%91%E1%BB%99_x%C3%A1c_su%E1%BA%A5t Tiếng Anh [3] http://searchnetworking.techtarget.com/definition/half-duplex [4] https://en.wikipedia.org/wiki/Duplex_(telecommunications) [5] Bài báo: “On the Performance of Decode-and-Forward Half-Duplex Relaying with Time Switching Based Energy Harvesting in the Condition of Hardware Impairment” CHUYỂN TIẾP TRONG HT BÁN SONG CÔNG ... TỔNG QUAN 1.1 Giao thức DF hệ thống bán song công 1.1.1 Hệ thống bán song công Trong viễn thông, hệ thống truyền song công hệ thống điểm – điểm bao gồm hai bên kết nối thiết bị giao tiếp với theo... xét Qua kết mô phỏng, thấy chế độ SINR thấp nhiễu phần cứng ảnh hưởng lớn đến hiệu hệ thống Tuy nhiên, công suất truyền tải lớn, nhiễu phần cứng ảnh hưởng đến chất lượng hệ thống Trong phần lập... thức giải mã chuyển tiếp để thấy sử ảnh hưởng lên thiết bị thu phát CHUYỂN TIẾP TRONG HT BÁN SONG CÔNG Trang 3/12 CHƯƠNG NỘI DUNG ĐỀ TÀI 2.1 Giới thiệu hệ thống Hệ thống chuyển tiếp Half-duplex