Đang tải... (xem toàn văn)
Bài viết này khảo sát ảnh hưởng của kênh truyền không hoàn hảo lên xác suất dừng hệ thống truyền gia tăng thu thập năng lượng với kỹ thuật lựa chọn nút chuyển tiếp. Chúng tôi đã đề xuất phương pháp phân tích mới cho phép đánh giá xác suất dừng của hệ thống ở kênh truyền fading Rayleigh.
Ảnh Hưởng Kênh Truyền Khơng Hồn Hảo lên Hiệu Năng Mạng Chuyển Tiếp Ảnh Hưởng Kênh Truyền Khơng Hồn Hảo lên Hiệu Năng Mạng Chuyển Tiếp Gia Tăng Thu Thập Năng Lượng Vô Tuyến Võ Nguyễn Quốc Bảo*, Nguyễn Anh Tuấn+ * Học Viện Công Nghệ Bưu Chính Viễn Thơng + Cục Tần số vơ tuyến điện Tóm tắt: Bài báo khảo sát ảnh hưởng kênh truyền khơng hồn hảo lên xác suất dừng hệ thống truyền gia tăng thu thập lượng với kỹ thuật lựa chọn nút chuyển tiếp Chúng đề xuất phương pháp phân tích cho phép đánh giá xác suất dừng hệ thống kênh truyền fading Rayleigh Kết mô Monte Carlo xác nhận tính xác phương pháp phân tích đề xuất mơ hình đề xuất có ưu điểm so với phương pháp truyền trực tiếp vùng tỷ lệ tín hiệu nhiễu trung bình cao Đồng thời, báo hiệu hệ thống TS PS tỷ số chia sẻ thời gian lượng tối ưu Từ khóa: Truyền gia tăng, giải mã chuyển tiếp, thu thập lượng, kênh truyền khơng hồn hảo.1 I GIỚI THIỆU Thu thập lượng tái sử dụng lượng hướng nghiên cứu năm gần gọi “năng lượng xanh“ [1], [2], [3], [4] Trong xu hướng này, nhà khoa học đề xuất nhiều kỹ thuật để thu thập lượng tự nhiên từ mơi trường xung quanh, ví dụ thu thập lượng mặt trời, lượng gió, thủy triều, địa nhiệt [5] Ưu điểm kỹ thuật thu thập lượng nguồn lượng dồi dào, Tác giả liên hệ: Võ Nguyễn Quốc Bảo, email: baovnq@ptithcm.edu.vn Đến tòa soạn: 12/9/2016, chỉnh sửa: 12/10/2016, chấp nhận đăng: 12/11/2016 Nghiên cứu tài trợ Học Viện Cơng Nghệ Bưu Chính đề tài mã số 9-HV-2016-RD-VT2 Tạp chí KHOA HỌC CƠNG NGHỆ 48 THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG nhược điểm đòi hỏi hệ thống kỹ thuật thu thập phức tạp, lượng thu thập không ổn định, phần phụ thuộc vào điều kiện thiên nhiên Do đó, kỹ thuật thu thập lượng từ thiên nhiên khó có khả áp dụng vào hệ thống thông tin đặc biệt thông tin vô tuyến di động [5], [6], [7] Để giải hạn chế công nghệ thu thập lượng từ tự nhiên tiến đến áp dụng cho hệ thống thông tin di động, nhà khoa học gần quan tâm đến cơng nghệ thu thập từ tín hiệu vơ tuyến với ý tưởng xuất phát từ Tesla [8], [9] Các báo lần đề xuất mơ hình cho phép máy phát truyền lượng tín hiệu đồng thời [10], [11] Gần đây, Zhou đề xuất mơ hình cụ thể cho máy thu vô tuyến sử dụng kỹ thuật thu thập lượng [12] Tuy nhiên, nhược điểm kỹ thuật thu thập lượng vô tuyến hiệu suất thu thập lượng thu thập qua kênh truyền fading thường không cao dẫn đến vùng phủ sóng mạng hạn chế [13], [14], [15] Để giải toán này, kỹ thuật chuyển tiếp truyền thông hợp tác thường sử dụng để mở rộng vùng phủ sóng mạng vô tuyến sử dụng kỹ thuật thu thập lượng, ví dụ [16], [17], [18], [19], [20], [21], [22], [23], [24], [25], [26] Tuy nhiên nhược điểm cố hữu kỹ thuật chuyển tiếp truyền thông hợp tác hiệu suất phổ tần khơng cao, cần hai khe thời gian cho đơn vị liệu, kênh truyền trực tiếp từ nút nguồn đến nút đích đủ tốt để giải điều chế liệu Một giải pháp cải thiện hiệu suất phổ Số - (CS.01) 2016 Võ Nguyễn Quốc Bảo, Nguyễn Anh Tuấn tần cho kỹ thuật chuyển tiếp truyền thông hợp tác kỹ thuật truyền gia tăng [27], [28] Để giữ ưu kỹ thuật chuyển tiếp cải thiện hiệu suất phổ tần, nghiên cứu đề xuất áp dụng kỹ thuật truyền gia tăng (incremental relaying) cho mạng vô tuyến thu thập lượng Cụ thể, mơ hình mạng bao gồm nút nguồn, nút chuyển tiếp nút đích Nút nguồn nút đích sử dụng lượng sẵn có từ pin hay từ điện lưới, nút chuyển tiếp sử dụng lượng thu thập [29], [30] Tuy nhiên, kết phân tích xác suất dừng hệ thống [29] khơng biểu diễn dạng đóng kết [30] biểu diễn dạng chuỗi vô hạn hai giả sử kênh truyền hồn hảo Trong báo này, tơi đề xuất phương pháp phân tích để phân tích hiệu hệ thống truyền gia tăng với kỹ thuật lựa chọn nút chuyển tiếp phần điều kiện kênh truyền khơng lý tưởng Cả hai mơ hình chia sẻ lượng theo thời gian theo công suất xem xét Kết phân tích số ưu điểm hệ thống nghiên cứu vùng tỷ lệ tín hiệu nhiễu trung bình đến cao Phần lại báo tổ chức sau: Trong phần II phần III, trình bày mơ hình phân tích hiệu hệ thống Trong phần IV, kiểm chứng kết phân tích kết mô phần mềm Matlab Cuối cùng, chúng tơi kết luận báo phần V II mƠ HìNH HỆ THốNG Xem xét hệ thống truyền gia tăng thu thập lượng có nút nguồn (S), nút đích (D) N nút chuyển tiếp thu thập lượng, R1, ,RN Khác với mạng chuyển tiếp ký hiệu R1, ,RN gia tăng truyền thông, nút chuyển tiếp thu thập lượng từ nút nguồn sử dụng lượng để hỗ trợ đường truyền trực tiếp Gọi hSRm hệ số kênh truyền từ nút nguồn đến nút chuyển tiếp Rm Các nút chuyển tiếp thường sử dụng kỹ thuật điều chế hỗ trợ kỹ thuật chuỗi huấn luyện (pilot symbol assisted modulation) để ước lượng [31], [32] Giá trị thực hệ số kênh truyền từ S → Rm ký hiệu h SR m liên hệ với hSR m thơng qua mơ hình sau: h SR= µ hSR m + − µ 2ε m (1) với μ hệ số tương quan kênh truyền đồng thời thể chất lượng trình ước lượng kênh truyền Trong thực tế, ρ phụ thuộc vào tỷ số tín hiệu nhiễu trung bình chiều dài chuỗi ước lượng Trong (1), ε sai lệch trình ước lượng mơ hình hóa biến ngẫu nhiên Gauss phức với phương sai λSRm Khi có nhiều nút chuyển tiếp, hệ thống sử dụng kỹ thuật chọn nút chuyển tiếp phần để chọn nút chuyển tiếp có tỷ lệ tín hiệu nhiễu tốt kỹ thuật định thời đề xuất Bletsas [33] Sau nhận tín hiệu từ nút nguồn, thời gian định thời nút chuyển tiếp tỷ lệ nghịch với độ lợi kênh truyền từ nút nguồn đến Nút chuyển tiếp có thời gian định thời ngắn phát trước tiên nút chuyển tiếp hệ thống pha chuyển tiếp nút khác giữ im lặng Tuy nhiên, ảnh hưởng kênh truyền không hoàn hảo, nên nút chuyển tiếp chọn, ký hiệu Rb, ký hiệu sau [34]: Hình Mơ hình hệ thống truyền gia tăng thu thập lượng Số - (CS.01) 2016 Tạp chí KHOA HỌC CÔNG NGHỆ 49 THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG Ảnh Hưởng Kênh Truyền Khơng Hồn Hảo lên Hiệu Năng Mạng Chuyển Tiếp Trong (3), PS công suất phát trung bình nút nguồn N0 phương sai nhiễu trắng máy Từ (5), ta tính cơng suất phát nút chuyển tiếp thực chuyển tiếp tín hiệu sau: thu Cần ý arg maxm=1, M g SRm ≠ g SRm với nên hiệu kỹ thuật lựa chọn nút chuyển tiếp phần bị suy giảm Với kỹ thuật truyền gia tăng, trình truyền liệu từ nút nguồn đến nút đích diễn hai pha: pha truyền quảng bá pha truyền gia tăng [27], [35], [36], [37] Trong pha quảng bá, nút nguồn truyền quảng bá liệu, liệu nhận nút đích nút chuyển tiếp Tại cuối pha này, nút đích kiểm tra tỷ số tín hiệu nhiễu nhận được, tỷ số tín hiệu nhiễu lớn giá trị cho trước, nút đích thực giải điều chế mà khơng cần pha truyền gia tăng sau tiếp tục với khung liệu Ngược lại, nút đích gửi tín hiệu hồi tiếp yêu cầu pha chuyển tiếp từ nút chuyển tiếp Trong pha truyền gia tăng, nút đích sử dụng tín hiệu hồi tiếp yêu cầu nút chuyển tiếp lựa chọn chuyển tiếp tín hiệu mà nhận từ nút nguồn Tại nút chuyển tiếp, ta xem xét hai kiến trúc thu thập lượng, theo thời gian theo lượng [38], [39] A Chia sẻ lượng theo thời gian Ta đặt T khoảng thời gian truyền symbol tỷ lệ thời gian dùng để thu thập lượng Q trình truyền thơng tin từ nút nguồn đến nút đích diễn hai pha: pha quảng bá pha truyền gia tăng với tỷ lệ thời gian (1 - α)/2 (1 + α)/2 Do chất hệ thống truyền gia tăng, pha quảng bá pha bắt buộc pha truyền gia tăng pha tùy chọn phụ thuộc vào chất lượng kênh truyền trực tiếp Trong pha truyền gia tăng, nút chuyển tiếp thực thu thập lượng khoảng thời gian αT sau thực chuyển tiếp tín hiệu 1−α khoảng thời gian T Năng lượng mà nút chuyển tiếp thu thập sau: η hệ số thu thập lượng Tạp chí KHOA HỌC CƠNG NGHỆ 50 THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG Giả sử nút chuyển tiếp sử dụng kỹ thuật giải mã điều chế, tỷ số tín hiệu nhiễu tương đương hệ thống sau: với g SRb g Rb D tỷ số tín hiệu nhiễu từ kênh truyền S → Rb Rb → S Ta viết g SRb g Rb D sau: B Chia sẻ lượng theo lượng Khác với kiểu phân chia theo thời gian, kiểu phân chia theo lượng cho phép chia lượng tín hiệu thu thành hai thành phần: phần để giải điều chế tín hiệu phần thu thập để chuyển tiếp tín hiệu Khi đó, nửa thời gian đầu T/2, nút nguồn quảng bá liệu nút chuyển tiếp lựa chọn nhận tín hiệu lượng Năng lượng thu thập nút chuyển tiếp lựa chọn là: với μ tỷ lệ phân chia lượng cho thu thập Trong khe thời gian sau T/2, nút chuyển tiếp chuyển tiếp liệu với cơng suất Ta viết g SRb sau [12]: Số - (CS.01) 2016 Võ Nguyễn Quốc Bảo, Nguyễn Anh Tuấn Để đơn giản, ta giả sử Na,0 = Nb,0 = N0 dẫn đến Với kênh truyền chặng hai, ta có tỷ số tín hiệu nhiễu tức thời sau: Kết hợp (8) (12), ta viết lại g SRb hai trường hợp TS PS sau: Quan sát (9) (14), ta thấy RbD có dạng sau Số - (CS.01) 2016 Tạp chí KHOA HỌC CƠNG NGHỆ 51 THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG ) xy , γSR ρ2 )¯ (19) √ SRb sau: M ( ) ∑ M fγ˜SRm (γ) = (−1)m−1 m Kênh Truyền Khơng Hồn Hảo lên Hiệu Năng Mạng Chuyển Tiếp m=1 điều chỉnh Ảnh Hưởng m modified (27) γ¯SR [1 + (m − 1)(1 − ρ2 )] ( ) III PHÂN TÍCH XÁC SUẤT DỪNG HỆ THỐNG mγ ếp q × exp − Trong phần này, tơi phân tích xác suất dừng hệ γ¯SR [1 + (m − 1)(1 − ρ2 )] g cách đối thống hai trường hợp: phân chia lượng γ¯SRm = theo thời gian phân chia lượng theo công Giả sử nút chuyển tiếp sử dụng kỹ thuật giải mã V N Q BẢO et al.: ẢNH HƯỞNG CỦA KÊNH TRUYỀN − αKHƠNG HỒN HẢO chuyển tiếp, tỷ lệ tín hiệu nhiễu kênh suất Trong trường hợp đầu tiên, phần nạp, ta có truyền chuyển tiếp sau [?], [?], [?]: thời gian sử dụng để truyền liệu, áp dụng định ] viết [ [42], [43], [44] 1− α xác suất dừng lý tổng xác xuất, ta viết γR = min(˜ γSRb , γRb D ) (28) log2 (1 + γSD ) < Rt OP = Pr hệ HẢO thống V N Q BẢO et al.: ẢNH HƯỞNG CỦA KÊNH TRUYỀN KHƠNG HỒN công thức (29) ( Với trường hợp thứ 1−α − α dy, (20) hai, xác suất dừng của×hệ thống viết sau: lo log2 (1 + γR ) < Rt | Pr III PHÂN TÍCH XÁC SUẤT DỪNG HỆ 2 [ ] [ ] [ THỐNG γ˜SRb 1−α 1−α 1−α log2 (1 + γSD ) < Rt OP = Pr log2 (1 + γSD ) < Rt Pr = Pr 2 Trong phần này, tơi ( phân tích xác suất dừng ( ) ) ( 2Rt ) 2Rt 1−α − α phân chia hệ thống hai trường 1hợp: =FγSD 1−α − FγR 1−α − log (1 + γR ) < Rt | log2 (1 + γSD ) γ =1 − Pr γ˜SRb > γ, Γ˜ sau Trong Hìn [ ] ∫∞ [ ( )] [ ] hệ thốn (22) γ =1 − − F | hR D | fγ˜SRb (x)dx tiếp thay đổ OP = Pr log (1Pr + γ1SD−) α γ, b Trong Hình 2, chúng tơi khảo sát xác suất dừng lượng nút c àm CDF α − α =FγSD∞ tb − F1γ− − (30) R log2 (1 + γSD ) < Rt Prthế (27) vào log2(32), (1 + γta có ) (−1) γ, Γ˜ γSRb |hRb D |2 > γ (33) hợp sử dụng mức cơng suất phát dB Kết Trong Hình 2, khảo sát xác suất dừng m ∫∞ [ TẠP CHÍ KHOA m=1 TIN VÀ TRUYỀN THƠNG, TẬP 1, SỐ 3,muốn THÁNG 6,Hình NĂM 2016 ( γHỌC )]CƠNG NGHỆ THÔNG tốc độ truyền liệu mong hệ thống TS PS số lượng nút chuyển Cần ý tích phân (33) khơng tồn gia tăng sử =1 m − − F | hR D | fγ˜SRb (x)dx tiếp × thay mơ đổi hình từ Khi đến Chúng ta đề có thểtrên thấy truyền gia xuất hiệu mà kênh tru dạng đóng vùng tỷ tăng lệ tín hiệu nhiễu Γx γ¯SR [1 + (m −γ1)(1 − ρ2 )]b √ hiệu hệ thống cải thiện số ( ) nên tatỷcósố thểtín xấphiệu xỉ Ftrên như2 (34) đầu quảcao, vùng nhiễu trung bình truyền mong M γR (γ) ∑ ( ) mlượng nút chuyểnγ¯ M γSR tăng [1 + lên (m − 1)(1cả−hai ρ )] ∫∞ (32) tiếp trường vớikhông BesselK[.,.] hàm 2theo đếntrang cao,tiếp nghĩa hiệu Bessel vùng điều nhiễu Trong Hìn mx γFγR (γ) =1 − )] m γ¯ [1 + (m −hợp 1)(1Tuy − ρnhiên, RD msẽ giảm số × Khi expF − (γ) có− dạng dx mức độ[40] cảiχλ thiện m=1với Fγ SR chỉnh loại hai (γ) , thay thấp Cụ thể, mô hình TS PS tốt mơ kênh tru [ SD √ )] ] ¯SR [1+(m−1)(1−ρ | RD x γ |hRb DΓλ lượngγm nút tăng Để tham chiếu, chúng tôi(29) PS Cuối cùng, thay (31) (34) vào γ (27) vào (32), ta có hình truyền trực tiếp xấp xỉ 12 (34)14 × BesselK 1, vẽ (30), xác1)(1 suất thống truyền trực )] ta có dạnghệtường minh mong muốn Trường hợp χλ(33) ¯SR [1 +vào (m − − dừng ρđược RD γ ( ) dB Kết lý giải mô hình truyền M ∑ M tiếp.của Lưuxác ý nút nguồn trongcho hai hai trường trường hợp hợp kênh tr suất dừng hệ thống m−1 gia TS tăng sử dụng nhiều pha truyền = −tích phân (−1) γR (γ) Cần Fchú ý (33) không tồn hợp sử dụng mức công suất phát kênh truyền PS m m=1 màtốckênh truyềndữtrực tiếp khơng độ truyền liệu mong muốn đảm Hìnhbảo chỉtốc độ kênh truyền dạng đóng Khi mvùng tỷ lệ tín hiệu nhiễu truyền mong muốn × mơ hình truyền gia tăng đề xuất cao, nênγ¯ ta[1có+thể xấp xỉ − FγρR2 )](γ) (34) đầu IV KẾT QUẢ MÔ PHỎNG hiệu trường hợp (m − 1)(1 SR vùng tỷ số3 tín hiệu nhiễu trung bìnhhưởng truyền khơn trang với BesselK[.,.] hàm Bessel điều ∞ Trong Hình Hình 4, tơi khảo sát ảnh ( ) Trong phần này, thực mô hệ ∫ đến cao, nghĩa không hiệu lên vùnghệnhiễu mx γ[40] 10 KHOA Tạp chí HỌC CƠNG NGHỆ 10 TS chỉnh loại hai kênh truyền hoàn hảo thống TS PS tươ thống PSkhông phần mềm Matlab nhằm kiểm − × exp − dx Số (CS.01) 2016 52 THÔNG TIN thấp Cụ thể, mơ hình TS PS tốt mơ VÀ TRUYỀN THƠNG γ ¯ Γλ x [1+(m−1)(1−ρ )] RD SR phương Cuốiγ cùng, thay (31) (34) vào (29) chứng PS cáchpháp thayphân đổi tích giá đề trị xuất ρ từvà0 chứng đến Hình k hình truyền trực tiếp xấp xỉ 12 14 minh hợp ưu điểm mơ hình đề xuấtứng trường thống TS vào (30), ta có dạng tường minh mong muốn Trường ρ = ρ = tương với (33) dB Kết lý giải mô hình truyềntrường hợp kênh truyền khơng hồn hảo Kênh truyền xem xét hai xác suất dừng hệ thống cho hai trường hợp gia hợptăng kênh truyềnnhiều ước lượng toàn khác sử dụng mộthoàn pha truyền với Cần ý tích phân (33) khơng tồn 10 xét kênh truyền fading Rayleigh với độ xem TS PS kênh truyền thực tế kênh truyền ước lượng trung bình c 0 Analysis Simulation -1 ity ility DT TS N =1 TS N =2 TS N=3 PS N =1 PS N =2 PS N=3 Simulation Võ Nguyễn Quốc Bảo, Nguyễn Anh Tuấn Cần ý tích phân (33) khơng tồn dạng đóng Khi vùng tỷ lệ tín hiệu nhiễu cao, nên ta xấp xỉ FgR (g) (34) đầu trang với BesselK[.,.] hàm Bessel điều chỉnh loại hai [40] Cuối cùng, thay (31) (34) vào (29) vào (30), ta có dạng tường minh mong muốn xác suất dừng hệ thống cho hai trường hợp TS PS IV KẾT QUẢ MƠ PHỎNG Trong phần này, tơi thực mô hệ thống TS PS phần mềm Matlab nhằm kiểm chứng phương pháp phân tích đề xuất chứng minh ưu điểm mơ hình đề xuất trường hợp kênh truyền khơng hồn hảo Kênh truyền xem xét kênh truyền fading Rayleigh với độ lợi trung bình kênh truyền là: λSD = 1, λSD = 1, λSR = λSD = Các tham số hệ thống chọn sau: Rt = 1, η = 0,6, α = 0,3, μ = 0,5, ρ = 0,7 Trong Hình 2, chúng tơi khảo sát xác suất dừng hệ thống TS PS số lượng nút chuyển tiếp thay đổi từ đến Chúng ta thấy hiệu hệ thống cải thiện số lượng nút chuyển tiếp tăng lên hai trường hợp Tuy nhiên, mức độ cải thiện giảm số lượng nút tăng Để tham chiếu, vẽ xác suất dừng hệ thống truyền trực tiếp Lưu ý nút nguồn hai trường hợp sử dụng mức công suất phát tốc độ truyền liệu mong muốn Hình mơ hình truyền gia tăng đề xuất hiệu vùng tỷ số tín hiệu nhiễu trung bình đến cao, nghĩa không hiệu vùng nhiễu thấp Cụ thể, mơ hình TS PS tốt mơ hình truyền trực tiếp xấp xỉ 12 14 dB Kết lý giải mơ hình truyền gia tăng sử dụng nhiều pha truyền mà kênh truyền trực tiếp không đảm bảo tốc độ truyền mong muốn Trong hình hình 4, tơi khảo sát ảnh hưởng kênh truyền khơng hồn hảo lên hệ thống TS PS cách thay đổi giá trị ρ từ đến Trường hợp ρ = ρ = tương ứng với trường hợp kênh truyền ước lượng hoàn toàn khác với kênh truyền thực tế kênh truyền ước lượng kênh truyền thực tế Ta thấy khoảng cách hai trường hợp dB ảnh hưởng kênh truyền khơng hồn hảo lên hiệu hệ thống TS PS tương tư Hình khảo sát giá trị tối ưu α cho hệ thống TS giá trị tối ưu μ cho hệ thống PS Tôi xem xét hai trường hợp tỷ số tín hiệu nhiễu trung bình nút nguồn 10 dB 20 dB Hình giá trị tối ưu α μ không giống Cụ thể, điều kiện kênh truyền, giá trị tối ưu α 0.21 giá trị tối ưu μ 0.59 đặc biệt không phụ thuộc vào tỷ số tín hiệu nhiễu nút nguồn Hình so sánh xác suất dừng hệ thống TS PS điều kiện kênh truyền với giá trị tối ưu α μ Ta thấy xác suất dừng hệ thống hai trường hợp với số lượng nút chuyển tiếp là hoàn toàn Số - (CS.01) 2016 Tạp chí KHOA HỌC CƠNG NGHỆ 53 THƠNG TIN VÀ TRUYỀN THƠNG × BesselK 1, (34) χλRD γ¯SR [1 + (m − 1)(1 − ρ2 )] 100 100 DT TS N =1 TS N =2 TS N=3 PS N =1 PS N =2 PS N=3 Simulation Analysis Simulation Outage Probability 100 DT TS N =1 TS N =2 TS N=3 PS N =1 PS N =2 PS N=3 Simulation 10-1 10-1 10-2 10 12 14 16 18 20 Outage Probability Outage Probability Outage Probability Ảnh Hưởng Kênh Truyền Khơng Hồn Hảo lên Hiệu Năng Mạng Chuyển Tiếp Average SNRs [dB] -2 10 12 Analysis Simulation ρ = 0, 0.1, 0.3, 0.5, 0.7, 0.9, 0.95, 0.99, 10-2 10-1 10-3 10-2 ρ = 0, 0.1, 0.3, 0.5, 0.7, 0.9, 0.95, 0.99, 10 12 14 16 18 20 Average SNRs [dB] Hình102 Xác suất dừng hệ thống theo tỷ số tín hiệu nhiễu 10-10 10 14 16 18 Hình Ảnh hưởng kênh truyền khơng hồn hảo lên hệ thống PS 10-3 20 Average SNRs [dB] 10 12 14 16 18 20 Average SNRs [dB] Hình Xác suất dừng hệ thống theo tỷ số tín hiệu nhiễu Hình Ảnh hưởng kênh truyền khơng hồn hảo lên hệ thống PS 100 100 10 dB 20 dB 10-10 10 10-2 -1 Outage Probability Analysis Simulation ρ = 0, 0.1, 0.3, 0.5, 0.7, 0.9, 0.95, 0.99, Outage Probability 10 10-3 10-2 10 12 10-10 10 10 dB 20 dB TS PS 10-2 10-1 TS PS V N Q BẢO et al.: ẢNH HƯỞNG CỦA KÊNH TRUYỀN KHƠNG HỒN HẢO ρ = 0, 0.1, 0.3, 0.5, 0.7, 0.9, 0.95, 0.99, Outage Probability Outage Probability Analysis Simulation 14 16 18 Average SNRs [dB] 20 10-3 10-2 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 Average SNRs [dB] -1 -2 Outage Probability Outage Probability 54 0.7 0.8 0.9 [3] X Jie, D Lingjie V N Q BẢO et al.: ẢNH HƯỞNG CỦA KÊNH TRUYỀN KHƠNG HỒN HẢO 10 cellular networks w Hình Ảnh hưởng kênh truyền khơng hồn hảo lên hệ TS Hình Giá trị tối ưu α vàPSµ thống TS operation,” Commu Simulation -3 10 no.Z.5,Rui, pp “Cost-awa 257–263 10 12 14 16 18 20 [3] X Jie, D Lingjie, and -3 10 10 Average SNRs [dB] 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5cellular 0.6 0.7 0.8 0.9 networks with and communic [4] 1energy M Zhang and Y L TS Average SNRs [dB] PS operation,” Communications layerMagazine, security IEEE in of Simulation no 5, pp 257–263, 2015 Hình Ảnh hưởng kênh truyền khơng hoàn hảo lên hệ sics and Security, I harvesting for Hình Giá trị tối ưu α[4]và M µ Zhang and Y Liu, “Energy thống TS pp 154–162, 2016 10-1 layer security in ofdma networks,” Informatio [5] Transactions C R Valenta and1 sics and Security, IEEE on, vol less power: Survey pp 154–162, 2016 10 ficiency far-field [5] C R Valenta and G D Durgin,in“Harvesti less power: Survey of energy-harvester conve Microwave Magazi ficiency in far-field, wireless power transfer 120, 2014 Microwave Magazine, 15, Zaidi, no 4, [6] IEEE, S A.vol Raza 120, 2014 10-2 D C McLernon, [6] S A Raza Zaidi, A Afzal, M Hafeez, M powered cognit 10 D C McLernon, and A Swami, 5g “Solar en municationsnetwork Magaz 10 12 14 16 powered 18 20 5g cognitive metro-cellular Average SNRs [dB] 2015.vol 53, no 7, p munications Magazine, IEEE, 10 12 14 16 18 20 Average SNRs [dB] 2015 [7] D Mishra, S De, [7] D Mishra, S De, S Jana, Basagni, K Ch andS.W Heinzelman Hình So sánh TS PS and W Heinzelman, “Smart rf energy harvest munications: challe Hình So sánh TS PS munications: challenges cations and opportunities,” Magazine,C cations Magazine, IEEE, vol 53, no 4, pp 2015 2015 không giống Cụ thể, điều không giống Cụ thể, điều [8] L R information Varshney, “T Tạp chí KHOA HỌC CƠNG NGHỆ Varshney, “Transporting an - kênh (CS.01)truyền, 2016 giá trị tối ưu [8] kiện α L R.0.21 in IEEEsimultaneously,” kênh Số truyền, giá trị tối ưu α 0.21 in THÔNG TIN VÀ TRUYỀNkiện THƠNG simultaneously,” International Symp Theor (ISIT’08), Confere ưu µ đặc biệtInformation khôngTheory 2008Information giá trị tối ưugiá củatrịµ tối 0.59 đặc biệt0.59 khơng ceedings, pp 1612–1616 ceedings, pp 1612 phụ thuộc vào số tín vào hiệu tỷ trênsốnhiễu nút phụtỷthuộc tín hiệu nhiễu nút [9] P Grover and A Sahai, tesla: [9] “Shannon P Grovermeets and A Sa nguồn nguồn information and power transfer,” in Proc ofpo information and Hình so sánh xác suất dừng hệ thống TS Võ Nguyễn Quốc Bảo, Nguyễn Anh Tuấn V KẾT LUẬN Trong báo này, đề xuất phương pháp phân tích hiệu hệ thống truyền gia tăng thu thập lượng vô tuyến với kỹ thuật lựa chọn nút chuyển tiếp kênh truyền khơng hồn hảo kênh truyền fading Rayleigh Cả hai trường hợp TS PS xem xét Kết phân tích hệ thống đề xuất tốt hệ thống truyền trực tiếp vùng tỷ lệ tín hiệu nhiễu trung bình cao giá trị tối ưu α μ khác điều kiện kênh truyền Và xác suất dừng hệ thống với giá trị tối ưu α μ giống TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Y Zou, J Zhu, and R Zhang, “Exploiting network cooperation in green wireless communication,” Com- munications, IEEE Transactions on, vol PP, no 99, pp 1–12, 2013 [2] X Huang, T Han, and N Ansari, “On green energy powered cognitive radio networks,” Communications Surveys & Tutorials, IEEE, vol PP, no 99, pp 1–1, 2015 simultaneously,” in IEEE International Symposium on Information Theory 2008 (ISIT’08), Conference Proceedings, pp 1612–1616 [9] P Grover and A Sahai, “Shannon meets tesla: Wireless information and power transfer,” in Proc of the 2010 IEEE International Symposium on Information Theory Proceedings (ISIT), Conference Proceedings, pp 2363–2367 [10] S Sudevalayam and P Kulkarni, “Energy harvesting sensor nodes: Survey and implications,” Communications Surveys & Tutorials, IEEE, vol PP, no 99, pp 1–19, 2010 [11] R J M Vullers, R V Schaijk, H J Visser, J Penders, and C V Hoof, “Energy harvesting for autonomous wireless sensor networks,” Solid-State Circuits Magazine, IEEE, vol 2, no 2, pp 29–38, 2010 [12] X Zhou, R Zhang, and C K Ho, “Wireless information and power transfer: Architecture design and rate energy tradeoff,” IEEE Transactions on Communications, vol 61, no 11, pp 4754–4767, 2013 [3] X Jie, D Lingjie, and Z Rui, “Cost-aware green cellular networks with energy and communication co-operation,” Communications Magazine, IEEE, vol 53, no 5, pp 257–263, 2015 [13] A A Nasir, Z Xiangyun, S Durrani, and R A Kennedy, “Wireless-powered relays in cooperative communications: Time-switching relaying protocols and throughput analysis,” Communications, IEEE Transactions on, vol 63, no 5, pp 1607–1622, 2015 [4] M Zhang and Y Liu, “Energy harvesting for physicallayer security in ofdma networks,” Information Foren-sics and Security, IEEE Transactions on, vol 11, no 1, pp 154–162, 2016 [14] L Xiao, P Wang, D Niyato, D Kim, and Z Han, “Wireless networks with rf energy harvesting: A contemporary survey,” IEEE Communications Surveys & Tutorials, vol PP, no 99, pp 1–1, 2015 [5] C R Valenta and G D Durgin, “Harvesting wireless power: Survey of energy-harvester conversion ef-ficiency in far-field, wireless power transfer systems,” Microwave Magazine, IEEE, vol 15, no 4, pp 108–120, 2014 [15] S Ulukus, A Yener, E Erkip, O Simeone, M Zorzi, P Grover, and K Huang, “Energy harvesting wireless communications: A review of recent advances,” Selected Areas in Communications, IEEE Journal on, vol PP, no 99, pp 1–1, 2015 [6] S A Raza Zaidi, A Afzal, M Hafeez, M Ghogho, D C McLernon, and A Swami, “Solar energy empowered 5g cognitive metro-cellular networks,” Communications Magazine, IEEE, vol 53, no 7, pp 70–77, 2015 [16] M Tacca, P Monti, and A Fumagalli, “Cooperative and reliable arq protocols for energy harvesting wireless sensor nodes,” Wireless Communications, IEEE Transactions on, vol 6, no 7, pp 2519–2529, 2007 [7] D Mishra, S De, S Jana, S Basagni, K Chowdhury, and W Heinzelman, “Smart rf energy harvesting communications: challenges and opportunities,” Communications Magazine, IEEE, vol 53, no 4, pp 70–78, 2015 [17] Y Dong, M Hossain, and J Cheng, “Performance of wireless powered amplify and forward relaying over nakagami-m fading channels with nonlinear energy harvester,” Communications Letters, IEEE, vol PP, no 99, pp 1–1, 2016 [8] L R Varshney, “Transporting information and energy Số - (CS.01) 2016 Tạp chí KHOA HỌC CƠNG NGHỆ 55 THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG Ảnh Hưởng Kênh Truyền Khơng Hồn Hảo lên Hiệu Năng Mạng Chuyển Tiếp [18] G Zhu, C Zhong, H Suraweera, G Karagiannidis, Z Zhang, and T Tsiftsis, “Wireless information and power transfer in relay systems with multiple antennas and interference,” Communications, IEEE Transactions on, vol PP, no 99, pp 1–1, 2015 [19] Z Zheng, P Mugen, Z Zhongyuan, and L Yong, “Joint power splitting and antenna selection in energy harvesting relay channels,” Signal Processing Letters, IEEE, vol 22, no 7, pp 823–827, 2015 [20] Z Yong and Z Rui, “Full-duplex wirelesspowered relay with self-energy recycling,” Wireless Communications Letters, IEEE, vol 4, no 2, pp 201–204, 2015 [21] Z Yang, Z Ding, P Fan, and G Karagiannidis, “Outage performance of cognitive relay networks with wireless information and power transfer,” Vehicular Technology, IEEE Transactions on, vol PP, no 99, pp 1–1, 2015 [22] P Liu, S Gazor, I.-M Kim, and D I Kim, “Noncoherent relaying in energy harvesting communication systems,” Wireless Communications, IEEE Transactions on, vol PP, no 99, pp 1–1, 2015 [23] T Li, P Fan, and K Letaief, “Outage probability of energy harvesting relay-aided cooperative networks over rayleigh fading channel,” Vehicular Technology, IEEE Transactions on, vol PP, no 99, pp 1–1, 2015 [24] M Jinjin, G Jianhua, Z Chensi, and L Juan, “Joint optimal power allocation and relay selection scheme in energy harvesting asymmetric two-way relaying system,” Communications, IET, vol 9, no 11, pp 1421–1426, 2015 [25] Y Gu and S Aissa, “Rf-based energy harvesting in decode-and-forward relaying systems: Ergodic and outage capacities,” Wireless Communications, IEEE Transactions on, vol PP, no 99, pp 1–1, 2015 [26] Y Dingcheng, Z Xiaoxiao, X Lin, and W Fahui, “Energy cooperation in multi-user wireless-wered relay networks,” Communications, IET, vol 9, no.11, pp 1412–1420, 2015 [27] V N Q Bao and H Y Kong, “Incremental relaying for partial relay selection,” IEICE Trans Commun., vol E93-B, no 5, pp 1317–1321, 2010 [28] J N Laneman, D N C Tse, and G W Wornell, “Cooperative diversity in wireless networks: Efficient protocols and outage behavior,” IEEE Tạp chí KHOA HỌC CÔNG NGHỆ 56 THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG Transactions on Information Theory, vol 50, no 12, pp 3062–3080, 2004 [29] P N Son, H Y Kong, and A Anpalagan, “Exact outage analysis of a decode-and-forward cooperative communication network with n t h best energy harvesting relay selection,” Annals of Telecommunications, vol 71, no 5-6, pp 251–263, 2016 [30] N T Van, H M Tan, T M Hoang, T T Duy, and V N Q Bao, “Exact outage probability of energy harvesting incremental relaying networks with mrc receiver,” in Proc of The 2016 International Conference on Advanced Technologies for Communications (ATC’16), Conference Proceedings, pp 120–125 [31] S Kotz and J Adams, “Distribution of sum of identically distributed exponentially correlated gamma variables,” vol vol 35, no Annals Math Stat., 1964 [32] V Bao, T Duong, and C Tellambura, “On the performance of cognitive underlay multihop networks with imperfect channel state information,” Communications, IEEE Transactions on, vol PP, no 99, pp 1–10, 2013 [33] A Bletsas, A Khisti, D P Reed, and A Lippman, “A simple cooperative diversity method based on network path selection,” IEEE Journal on Select Areas in Communications, vol 24, no 3, pp 659– 672, 2006 [34] I Krikidis, J Thompson, S McLaughlin, and N goertz, “Amplify-and-forward with partial relay selection,” IEEE Communications Letters, vol 12, no 4, pp 235–237, 2008 [35] S Ikki and M H Ahmed, “Phy 50-5 - performance analysis of incremental relaying cooperative diversity networks over rayleigh fading channels,” in Wireless Communications and Networking Conference, 2008 WCNC 2008 IEEE, Conference Proceedings, pp 1311–1315 [36] V N Q Bao and K Hyung Yun, “Performance analysis of incremental selection decode-andforward relaying over rayleigh fading channels,” in IEEE International Conference on Communications Workshops, 2009 (ICC Workshops 2009), Conference Proceedings, pp 1–5 [37] V N Q Bao, N T Duc, and H D Chien, “Incremental cooperative diversity for wireless Số - (CS.01) 2016 Võ Nguyễn Quốc Bảo, Nguyễn Anh Tuấn networks under opportunistic spectrum access,” in The 2011 International Conference on Advanced Technologies for Communications IEEE, Conference Proceedings, pp 121–125 [38] L Liang, Z Rui, and C Kee-Chaing, “Wireless in formation and power transfer: A dynamic power splitting approach,” IEEE Transactions on Communications, vol 61, no 9, pp 3990–4001, 2013 [39] A A Nasir, Z Xiangyun, S Durrani, and R A Kennedy, “Relaying protocols for wireless energy har vesting and information processing,” IEEE Transactions on Wireless Communications, vol 12, no 7, pp 3622- 3636, 2013 for the system outage probability over Rayleigh fading channels Monte-Carlo simulation is used to verify the correctness of the derivation approach and the advantages of the proposed protocol as compared with the direct transmission system over the medium-to-high SNR regime In additions, this paper also confirms that the time splitting (TS) or the power splitting (PS) provide the same outage performance if the time or power slitting ratio is selected optimally Keywords: Incremental relaying, decode-andV N Q BẢO et al.:harvesting, ẢNH HƯỞNG CỦA KÊNH TRUYỀN KHƠNG HỒN H forward, energy imperfect CSI Võ Nguyễn Quốc Bảo tốt Võ Nguyễn Quốc Bảo tốt nghiệp nghiệp Tiến sĩ chuyên ngành vô Tiến sĩ chuyên ngành vô tuyến tuyến Đại học Ulsan, Hàn Đại học Ulsan, Hàn Quốc vào năm Quốc vào năm 2010 Hiện nay, 2010 Hiện nay, PGS TS Võ Nguyễn PGS TS Võ Nguyễn Quốc Bảo Quốc Bảo trưởng khoa Viễn Thông, trưởng HọcViễn Học Việnkhoa CôngViễn NghệThông, Bưu Chính Viện Cơng Nghệ Bưu Chính Viễn [41] A Papoulis and S U Pillai, Probability, random Thông Cơ Sở Thành Phố Hồ Chí Thơng Cơđồng Sở Thành Phố Hồ Chí Minh thời giám đốc variables, and stochastic processes, 4th ed Boston: Minh đồng thời giám đốc phòng thí nghiệm nghiên cứu vơ tuyến McGraw-Hill, 2002 phòng thítạinghiệm nghiên (WCOMM) Hướng nghiên cứu quan tâm bao cứu Hướngthông nghiên song [42] S I Hussain, M O Hasna, and M.-S Alouini, gồm:vô vôtuyến tuyến (WCOMM) nhận thức, truyền hợpcứu tác,hiện truyền quan tâm bao gồm: vô tuyến nhận thức, truyền “Performance analysis of selective cooperation công, bảo mật lớp vật lý thu thập lượng vô tuyến thông songviên công,chủ bảochốt mật (senior lớp vật lýmember) TS hợp Bảo tác, hiệntruyền thành with fixed gain relays in nakagami-m channels,” thu thập lượng vô tuyến.TS Bảo thành IEEE, biên tập viên (editor) nhiều tạp chí khoa Physical Communication, no [Online] Available: chủ chốt biên V N Q BẢO et al.: ẢNH HƯỞNG CỦA KÊNH TRUYỀN KHƠNG viên HỒN HẢO ngành (senior học chun uymember) tín trongcủa IEEE, ngồi nước,tập ví dụ:9 http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/ viên (editor) nhiều tạpTelecommunications chí khoa học chuyênTechnologies ngành Transactions on Emerging S1874490712000316?v=s5 uy tín ngồi nước, ví dụ: Transactions (Wiley ETT), VNU Journal of Computer Science andonComQuốc Bảo tốt nghiệp Emerging municationTelecommunications Engineering, REV Technologies Journal on Electronics (Wiley and [43] M O Hasna Võ and Nguyễn M.-S Alouini, “End-to-end Tiến sĩ chuyên ngành vô tuyến Communications TS Bảo đồng thời tham gia tổ chức ETT), VNU Journal of Computer Science andnhiều performance of transmission system with relays Đại học Ulsan, Hàn Quốc vào năm hội nghị quốc gia quốc tế, ví dụ: ATC (2013, 2014), Communication Engineering, REV Journal on over rayleigh fading channels,” IEEE Transactions 2010 Hiện nay, PGS TS Võ Nguyễn Electronics NAFOSTED-NICS (2014, 2015, 2016), and Communications TS BảoREV-ECIT đồng thời2015, on Wireless Communications, vol khoa 2, no pp Quốc Bảo trưởng Viễn6,Thông, ComManTel (2014, 2015), tham gia tổ chức nhiều hội and nghịSigComTel quốc gia và2017 quốc tế, ví 1126–1131, 2003.Học Viện Cơng Nghệ Bưu Chính Viễn dụ: ATC (2013, 2014), NAFOSTED-NICS (2014, 2015, Thơng Cơ Sở Thành Phố Hồ Chí 2016), REV-ECIT 2015, ComManTel (2014, 2015), and [44] “Outage probability of multihop transmission over Minh đồng thời giám đốc SigComTel 2017 nakagami fading channels,” IEEE Communications phòng thí nghiệm nghiên cứu vô tuyến Letters, vol 7, no 5, pp 216–218, 2003 Nguyễn (WCOMM) Hướng nghiên cứu quan tâm bao Nguyễn Anh TuấnTuấn Anhnhận nhậnbằng bằngkỹkỹ sư sư viễnsĩthông Thạc sĩ Học gồm: vô tuyến nhận thức, truyền thông hợp tác, truyền song Điện bằngtửthạc Trường Đại Điện tửKhoa viễn Hà thông Trường Đại công, bảo mật lớp vật lý thu thập lượng vô tuyến Bách Nội năm 2002 năm EFFECT OF IMPERFECT CSI ON học Bách khoa Hàhiện Nội vào năm TS Bảo thành viên chủ chốt (senior member) 2007 ThS Tuấn công tác WIRELESSLY POWERED TRANSFER 2002 Tần nămSố2006 IEEE, biên tập viên (editor) nhiều tạp chí khoa Cục Việt Thạc Nam sĩ vàTuấn nghiên INCREMENTAL tác CụcCơng Tần sốNghệ học chun ngành uy RELAYING tín NETWORKS ngồi nước, ví dụ: cứu sinh công Học Viện vô tuyến điện - Bộ Thông tin Transactions on Emerging Telecommunications Technologies Bưu Chính Viễn Thông Abstract: investigate effect of Truyền thông, đồng thời (Wiley ETT),This VNUpaper JournalisoftoComputer Science and Comnghiên cứu sinh Học viện imperfect channel state information on the system Công nghệ Bưu Viễn outage probability of wirelessly powered transfer thông Hướng nghiên cứu nâng cao hiệu incremental relaying networks with partial relay mạng thông tin vô tuyến thu thập lượng [40] M Abramowitz and I A Stegun, Handbook of mathematical functions with formulas, graphs, and mathematical tables, 10th ed Washington: U.S Govt Print Off., 1972 [Online] Available: http:// www.knovel.com/knovel2/Toc.jsp?BookID=528 selection We propose a novel derivation approach, which allows to derive the closed-form expression Số - (CS.01) 2016 Tạp chí KHOA HỌC CƠNG NGHỆ 57 THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG municat Commu hội ngh NAFOS ComMa ... thống truyền gia tăng thu thập lượng có nút nguồn (S), nút đích (D) N nút chuyển tiếp thu thập lượng, R1, ,RN Khác với mạng chuyển tiếp ký hiệu R1, ,RN gia tăng truyền thông, nút chuyển tiếp thu thập. .. pha truyền gia tăng pha tùy chọn phụ thu c vào chất lượng kênh truyền trực tiếp Trong pha truyền gia tăng, nút chuyển tiếp thực thu thập lượng khoảng thời gian αT sau thực chuyển tiếp tín hiệu. .. nút chuyển tiếp lựa chọn nhận tín hiệu lượng Năng lượng thu thập nút chuyển tiếp lựa chọn là: với μ tỷ lệ phân chia lượng cho thu thập Trong khe thời gian sau T/2, nút chuyển tiếp chuyển tiếp