GIỚI THIỆU
Lý do chọn đề tài
Tần số vô tuyến là tài nguyên hữu hạn, do đó tổ chức muốn sử dụng cần phải được cấp phép Sự phát triển nhanh chóng trong lĩnh vực thông tin vô tuyến đã dẫn đến nhu cầu tăng cao về tài nguyên này Tuy nhiên, hầu hết băng tần đã được cấp cho người dùng chính, khiến các nhà khai thác dịch vụ phải cạnh tranh khốc liệt để có giấy phép mới Hiệu suất sử dụng băng tần hiện tại chỉ đạt từ 15 - 85%, theo thống kê của FCC, cho thấy việc khai thác chưa hiệu quả Do đó, mạng vô tuyến nhận thức (Cognitive Radio - CR) đã được nghiên cứu nhằm tối ưu hóa việc sử dụng tài nguyên tần số vô tuyến.
Hình 1.1: Phổ tần số đƣợc sử dụng và khoảng trắng
Chương 1: Giới thiệu 2 HVTH: Trần Quốc Thái Định nghĩa của FCC về mạng vô tuyến nhận thức: CR là mạng thông tin vô tuyến, nó có khả năng thay đổi các thông số dựa trên sự tương tác với môi trường mà nó đang hoạt động
Khái niệm vô tuyến nhận thức được giới thiệu lần đầu bởi Joseph Mitola III tại hội nghị KTH năm 1998 và công bố vào năm 1999 Mạng vô tuyến nhận thức cho phép người dùng thứ hai (CR user) sử dụng băng tần không được sử dụng bởi mạng chính (Primary networks) trong thời gian rảnh Kỹ thuật này nhằm nâng cao hiệu quả sử dụng băng tần, với đặc tính quan trọng là khả năng phát hiện khoảng băng tần đang được sử dụng Điều này không chỉ giúp ngăn chặn ảnh hưởng của nhiễu đến hệ thống hiện hữu mà còn tìm kiếm băng tần trống để tối ưu hóa việc sử dụng tần số vô tuyến trong thông tin liên lạc.
Mạng vô tuyến nhận thức sử dụng ba kỹ thuật truy cập phổ chính là underlay, overlay và interweave Trong kỹ thuật underlay, người dùng CR có thể sử dụng cùng băng tần với người dùng chính (PU), nhưng yêu cầu công suất phát của họ phải thấp để không gây nhiễu vượt quá ngưỡng cho phép cho PU.
Mạng vô tuyến nhận thức nền (underlay) nổi bật với khả năng sử dụng hiệu quả tài nguyên tần số vô tuyến, nhưng hạn chế lớn nhất là công suất phát của các user, dẫn đến vùng phủ sóng bị giới hạn Để khắc phục vấn đề này, việc kết hợp kỹ thuật relay vào mạng vô tuyến nhận thức là một giải pháp khả thi.
Relay có nhiệm vụ giải mã và chuyển tiếp thông tin nhận được, đồng thời có khả năng khuếch đại tín hiệu Ngoài ra, relay còn xử lý tín hiệu trước khi gửi đến đích, đảm bảo chất lượng và độ chính xác của thông tin truyền đi.
Chương 1: Giới thiệu 3 HVTH: Trần Quốc Thái
Mô hình relay được chia thành hai loại chính: đa hop (multihop) và hợp tác (cooperative) Trong xử lý tín hiệu tại relay, có hai phương pháp chính là mã hóa và chuyển tiếp (DF) cùng với khuếch đại và chuyển tiếp (AF).
Hình 1.2: Sơ đồ mạng relay vô tuyến nhận thức
Kỹ thuật relay có thể được áp dụng trong mạng vô tuyến nhận thức nền (CR) để cải thiện vùng phủ sóng và nâng cao chất lượng tín hiệu Việc này cũng giúp giảm thiểu ảnh hưởng của mạng CR đến các người dùng chính (PU).
Các nghiên cứu gần đây đã giới thiệu các kỹ thuật phát hiện phổ tần trống trong mạng vô tuyến nhận thức, đồng thời phân tích mô hình và ảnh hưởng của relay đến chất lượng mạng thông tin Phương pháp ước lượng kênh truyền được trình bày là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến chất lượng mạng Hiệu quả của mạng vô tuyến nhận thức với thông tin kênh truyền đầy đủ cũng đã được phân tích Bên cạnh đó, xác suất mất mát và dung lượng mạng relay vô tuyến nhận thức được xem xét, cùng với các giải pháp nhằm cải thiện dung lượng Tuy nhiên, trong thực tế, việc ước lượng thông tin kênh truyền thường gặp sai số, ảnh hưởng đến chất lượng truyền tải.
Chương 1: Giới thiệu 4 HVTH: Trần Quốc Thái truyền không đầy đủ ở phía thu Do đó, việc đánh giá hiệu quả mạng relay giải mã và chuyển tiếp nhận thức nền với thông tin kênh truyền không đầy đủ rất cần thiết.
Mục đích nghiên cứu
Luận văn này phân tích hiệu quả của mạng relay giải mã và chuyển tiếp trong môi trường nhận thức nền với thông tin kênh truyền không đầy đủ, làm rõ ưu và nhược điểm của sự kết hợp giữa kỹ thuật relay và mạng vô tuyến nhận thức nền Bài viết cũng xem xét ảnh hưởng của các thông số mạng đến chất lượng dịch vụ và xác suất mà người dùng CR gây nhiễu cho PU vượt quá ngưỡng cho phép Từ đó, tác giả đưa ra các khuyến cáo về giới hạn chất lượng của mạng relay giải mã và chuyển tiếp, cùng với các giải pháp lựa chọn thông số hệ thống phù hợp nhằm cải thiện chất lượng mạng và giảm thiểu nguy cơ gây nhiễu cho PU.
Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu
- Đối tƣợng nghiên cứu chính là mạng vô tuyến nhận thức nền kết hợp với kỹ thuật relay
- Kỹ thuật truy cập phổ: underlay
- Phương pháp xử lý tín hiệu tại relay: giải mã và chuyển tiếp (DF)
- Mô hình kênh truyền dùng để đánh giá: kênh truyền Rayleigh với thông tin kênh truyền không đầy đủ
Phân tích và đánh giá ảnh hưởng của các thông số mạng đến chất lượng mạng là rất quan trọng, đặc biệt trong việc xác định xác suất các user mạng CR gây nhiễu cho PU vượt ngưỡng cho phép Để cải thiện chất lượng mạng và giảm thiểu tỷ lệ CR user gây nhiễu vượt mức cho phép, cần đề xuất các giải pháp hiệu quả nhằm tối ưu hóa hiệu suất và đảm bảo sự ổn định của mạng.
- Kỹ thuật Relay: giải mã và chuyển tiếp (DF) với mô hình multihop.
Phương pháp nghiên cứu
Thu thập tài liệu và bài báo kỹ thuật liên quan đến mạng vô tuyến nhận thức, kỹ thuật relay, kênh truyền vô tuyến và các thước đo đánh giá hiệu quả hệ thống là rất quan trọng để nâng cao hiểu biết và ứng dụng trong lĩnh vực này Việc nghiên cứu các khía cạnh này giúp cải thiện hiệu suất và tính khả thi của các giải pháp mạng vô tuyến hiện tại.
Chương 1: Giới thiệu 5 HVTH: Trần Quốc Thái
- Nghiên cứu các mô hình thông tin kênh truyền không đầy đủ và phương pháp ƣớc lƣợng kênh truyền
Phân tích và mô phỏng mạng relay nhận thức nền với thông tin kênh truyền không đầy đủ giúp đánh giá chất lượng mạng dựa trên nhiều thông số khác nhau Việc này cho phép tối ưu hóa hiệu suất mạng và nâng cao khả năng sử dụng tài nguyên tần số Bằng cách sử dụng các phương pháp mô phỏng, chúng ta có thể hiểu rõ hơn về ảnh hưởng của thông tin kênh đến hiệu quả truyền tải và chất lượng dịch vụ trong mạng relay nhận thức.
- Nhận xét các kết quả nhằm đƣa ra các khuyến nghị và giải pháp cải thiện chất lƣợng hệ thống mạng
- Kết quả phân tích sẽ đƣợc kiểm chứng với kết quả mô phỏng lý thuyết.
Kết quả và đóng góp của luận văn
Bài viết đã phân tích mạng relay giải mã và chuyển tiếp nhận thức nền trong điều kiện thông tin kênh truyền không đầy đủ Nó cung cấp công thức tính tỷ lệ lỗi bit (BER) của mạng CR, đồng thời đánh giá xác suất mà người dùng CR gây nhiễu cho PU vượt quá ngưỡng cho phép.
Dựa trên kết quả phân tích, luận văn đã mô phỏng và đánh giá ảnh hưởng của các thông số đến chất lượng mạng Kết quả cho thấy tỷ lệ lỗi bit (BER) phụ thuộc mạnh mẽ vào các thông số mạng, đặc biệt là mức ngưỡng.
Người dùng CR được phép gây nhiễu cho PU với công suất tối đa, cùng với mô hình và phương pháp ước lượng kênh truyền, vị trí và số lượng relay, số lượng pilot symbol, và hệ số suy hao trong không gian Dựa trên kết quả phân tích, luận văn đã đưa ra các khuyến nghị và giải pháp nhằm cải thiện chất lượng hệ thống mạng.
Luận văn phân tích xác suất gây nhiễu vượt ngưỡng cho phép, cho thấy xác suất CR user gây nhiễu cho PU rất lớn Do đó, cần thiết phải có giải pháp nhằm giảm xác suất này Đề xuất trong luận văn là sử dụng hệ số điều khiển công suất back-off để giảm thiểu xác suất gây nhiễu vượt mức ngưỡng cho phép.
Tác giả đã tiến hành phân tích và xác định biểu thức tính xác suất cho việc các người dùng CR gây nhiễu cho người dùng PU vượt quá mức ngưỡng cho phép Kết quả nghiên cứu cho thấy mức độ nhiễu mà các CR user tạo ra có thể ảnh hưởng đến hiệu suất của PU.
Chương 1: Giới thiệu 6 HVTH: Trần Quốc Thái tích tác giả đề xuất giải pháp giảm công suất phát của CR user nhằm giảm xác suất gây nhiễu vƣợt ngƣỡng cho phép thông qua hệ số điều khiển công suất back-off ρ và phân tích ảnh hưởng của ρ đối với chất lượng mạng.
Bố cục của luận văn
Bố cục luận văn gồm có bảy chương:
Chương 2: Tổng quan mạng vô tuyến nhận thức và kỹ thuật relay Chương này giới thiệu về mạng vô tuyến nhận thức và kỹ thuật relay
Chương 3 của bài viết tập trung vào lý thuyết thông tin vô tuyến, bao gồm các khái niệm cơ bản về kênh truyền vô tuyến, phương pháp ước lượng kênh truyền, cùng với lý thuyết điều chế và giải điều chế số Những nội dung này đóng vai trò quan trọng trong việc hiểu và phát triển các công nghệ thông tin vô tuyến hiện đại.
Chương 4 tập trung vào việc phân tích chất lượng mạng relay trong việc giải mã và chuyển tiếp nhận thức nền Nội dung chính của chương này là xây dựng biểu thức để tính toán tỷ lệ lỗi bit (BER) của mạng truyền thông CR.
Chương 5 tập trung vào xác suất gây nhiễu từ mạng relay vô tuyến nhận thức nền, phân tích và xây dựng biểu thức tính xác suất mà các người dùng CR gây nhiễu cho PU vượt quá ngưỡng cho phép Dựa trên các kết quả phân tích, chương này cũng đề xuất các giải pháp hiệu quả nhằm giảm thiểu xác suất gây nhiễu vượt quá mức cho phép.
Chương 6: Kết quả mô phỏng trình bày những kết quả mô phỏng và đánh giá hiệu quả của mạng relay vô tuyến nhận thức nền Chương này cũng đưa ra các khuyến nghị và giải pháp nhằm nâng cao chất lượng mạng, đồng thời giảm thiểu xác suất gây nhiễu vượt quá ngưỡng cho phép.
Chương 7: Kết luận và hướng phát triển.
TỔNG QUAN MẠNG VÔ TUYẾN NHẬN THỨC VÀ KỸ THUẬT
Mạng vô tuyến nhận thức
2.1.1 Giới thiệu về mạng vô tuyến nhận thức
Tài nguyên tần số vô tuyến có hạn, vì vậy việc tối ưu hóa băng tần là rất quan trọng trong thiết kế hệ thống thông tin vô tuyến Hầu hết các ứng dụng không dây đều phải được cấp phép bởi cơ quan có thẩm quyền Tuy nhiên, với nhu cầu ngày càng tăng về thông tin liên lạc vô tuyến, băng tần trống để cấp phép trở nên khan hiếm Nghiên cứu cho thấy nhiều phổ tần đã được cấp phép nhưng lại không được sử dụng thường xuyên và hiệu quả.
Hình 2.1: Các khoảng trống của phổ
Bảng 2.1: Hiệu suất sử dụng băng tần
Chương 2: Mạng CR và kỹ thuật relay 8 HVTH: Trần Quốc Thái
Theo bảng 2.1, dãy băng tần cao nhất [0÷1] GHz có hiệu suất sử dụng đạt khoảng 54.4% Khoảng tần số không được sử dụng được gọi là khoảng trắng (white space hay spectrum hole).
Mạng CR là hệ thống liên lạc không dây thông minh, chú trọng đến môi trường và có khả năng thích nghi với các trạng thái xung quanh để điều chỉnh tín hiệu RF một cách thống kê Hai mục tiêu chính của mạng CR là cung cấp hệ thống liên lạc tin cậy và sử dụng phổ vô tuyến hiệu quả Người dùng của mạng CR được coi là khách viếng thăm băng tần đã cấp phép, đòi hỏi sự quản lý hiệu quả đối với kênh truyền rỗi mà không gây can nhiễu cho người dùng chính Để thực hiện điều này, mạng CR cần khả năng nhận thức môi trường xung quanh, với đặc tính quan trọng là phát hiện băng tần đang sử dụng, nhằm ngăn chặn nhiễu và tìm kiếm băng tần trống Nghiên cứu gần đây cho thấy sự hợp tác giữa các người dùng cảm nhận phổ có thể tăng xác suất tách phổ thông qua việc chia sẻ thông tin về sự hiện diện của băng tần mong muốn.
FCC đã công nhận tiêu chuẩn IEEE 802.22 cho mạng WRAN (mạng vùng không dây), cho phép sử dụng khoảng trắng trong băng tần truyền hình Tiêu chuẩn này được phát triển thông qua công nghệ CR, nhằm mục đích chia sẻ phổ tần số hiệu quả.
Tiêu chuẩn IEEE 802.22 được phát triển nhằm tổ chức và quản lý băng tần truyền hình quảng bá, đảm bảo không gây ra can nhiễu cho các hệ thống truyền hình xung quanh.
Chương 2: Mạng CR và kỹ thuật relay 9 HVTH: Trần Quốc Thái truyền hình số, truyền hình quảng bá tương tự và thiết bị dùng công suất thấp như máy thu âm không dây
Tiêu chuẩn IEEE 802.22.1 đang được phát triển nhằm tăng cường bảo vệ chống nhiễu cho các thiết bị hoạt động hợp pháp với công suất thấp trong băng tần truyền hình cáp.
Tiêu chuẩn IEEE 802.22.2 đang được xem xét để thiết lập và thực thi hệ thống chuẩn IEEE 802.22 Nhóm làm việc IEEE 802.22 (WG) là một phần quan trọng trong tiêu chuẩn IEEE 802.22 cho mạng LAN/MAN, đóng vai trò chính trong việc phát triển và áp dụng tiêu chuẩn này.
2.1.2 Kiến trúc hệ thống mạng vô tuyến nhận thức
Hình 2.2: Kiến trúc hạ tầng cơ sở của mạng vô tuyến nhận thức
Các thành phần kiến trúc mạng vô tuyến nhận thức được mô tả trong hình 2.2 Trong cùng một dãy băng tần, có hai mạng vô tuyến hoạt động đồng thời: mạng chính (primary) và mạng vô tuyến nhận thức (CR) Hoạt động của mạng CR phụ thuộc vào điều kiện cho phép của mạng primary.
Chương 2: Mạng CR và kỹ thuật relay 10 HVTH: Trần Quốc Thái
Mạng primary là mạng đã có sẵn và được cấp quyền truy cập cũng như sử dụng dải băng tần riêng Các thành phần cơ bản của mạng primary bao gồm các thiết bị và công nghệ cần thiết để đảm bảo hoạt động hiệu quả và ổn định.
Người dùng chính (PU) có quyền truy cập và thực hiện các hoạt động trên dải băng tần được cấp phép PU được điều khiển bởi trạm gốc và không bị ảnh hưởng bởi các nhà khai thác mạng khác khi hoạt động trên băng tần đó.
Trạm gốc primary (trạm BTS) là thành phần thiết yếu trong mạng primary, có khả năng truy cập và hoạt động trên dãy băng tần đã được cấp phép Chức năng chính của trạm gốc primary là quản lý và thiết lập kết nối với các thiết bị người dùng (PU) trong mạng tế bào.
Mạng vô tuyến nhận thức (CR - Cognitive Radio Network) là một hệ thống không được cấp giấy phép để truy cập và hoạt động trong dải tần mong muốn Việc truy cập tần số phải được thực hiện thông qua việc tìm kiếm cơ hội và cần có sự cho phép từ mạng chính (primary), vốn đã được cấp phép hoạt động trên dải tần đó Đồng thời, mạng CR phải đảm bảo không gây nhiễu cho người dùng của mạng primary Các thành phần chính của mạng vô tuyến nhận thức bao gồm những yếu tố quan trọng trong việc vận hành và quản lý tần số hiệu quả.
Người dùng CR (SU - cognitive radio user) phải tuân thủ các điều kiện của mạng chính, cho phép truy cập và hoạt động trong phổ tần chỉ khi có cơ hội Chức năng của người dùng CR bao gồm cảm biến phổ, quyết định phổ tần, bàn giao phổ và các giao thức MAC, định tuyến, và vận chuyển trong mạng vô tuyến nhận thức Người dùng CR có khả năng kết nối không chỉ với trạm cơ sở mà còn với các người dùng khác, cho phép giao tiếp giữa các người dùng CR và kết nối với các trạm gốc Trong kiến trúc mạng CR, có ba loại truy cập khác nhau cho các người dùng này.
Người dùng mạng vô tuyến nhận thức (CR) có khả năng truy cập vào các trạm CR gốc trong cả miền phổ tần đã đăng ký và chưa đăng ký Tất cả các tương tác diễn ra trong mạng CR đều độc lập với mạng chính, cho phép các truy cập trung gian diễn ra một cách hiệu quả.
Chương 2: Mạng CR và kỹ thuật relay 11 HVTH: Trần Quốc Thái
Kỹ thuật relay
Relay có chức năng giải mã và chuyển tiếp thông tin từ phía phát, đồng thời xử lý tín hiệu trước khi chuyển đến đích Việc sử dụng kỹ thuật relay trong mạng vô tuyến giúp cải thiện vùng phủ sóng, nâng cao chất lượng tín hiệu và có khả năng tăng tốc độ truyền tín hiệu.
Hình 2.9: Mô hình relay trong mạng tế bào
2.2.2 Mô hình và phân loại relay
Mô hình kỹ thuật relay thường có 2 loại: mô hình đa hop (multihop) và mô hình hợp tác (cooperative)
Hình 2.10: Mô hình relay đa hop
Chương 2: Mạng CR và kỹ thuật relay 18 HVTH: Trần Quốc Thái
Hình 2.11: Mô hình relay hợp tác
Có hai phương pháp xử lý tín hiệu tại Relay: giải mã và chuyển tiếp (DF) và khếch đại và chuyển tiếp (AF)
Relay khuếch đại và chuyển tiếp (AF) là quá trình mà tín hiệu nhận được tại relay sẽ được khuếch đại và truyền đến đích Quá trình này chỉ khuếch đại tín hiệu cần truyền mà không yêu cầu mã hóa và giải mã tín hiệu.
Relay giải mã và chuyển tiếp (DF): đầu tiên relay sẽ giải mã tín hiệu nhận và sau đó mã hóa tín hiệu trước khi truyền đi
Relay có thể hoạt động ở chế độ half-duplex, nơi không truyền và nhận đồng thời trong cùng một băng tần, hoặc chế độ full-duplex, cho phép truyền và nhận đồng thời Kỹ thuật này yêu cầu tách biệt không gian giữa tín hiệu truyền và nhận để giảm nhiễu Trong những năm gần đây, kỹ thuật relay đã được ứng dụng rộng rãi trong thông tin vô tuyến, giúp nâng cao vùng phủ sóng và cải thiện dung lượng cũng như chất lượng mạng.
Mạng vô tuyến nhận thức sử dụng kỹ thuật truy cập phổ underlay có ưu điểm nổi bật là khả năng khai thác hiệu quả tài nguyên tần số vô tuyến Tuy nhiên, hạn chế lớn nhất của mạng CR với kỹ thuật này là công suất bị giới hạn, dẫn đến vùng phủ sóng hạn chế và tín hiệu không thể truyền xa.
Chương 2: Mạng CR và kỹ thuật relay 19 HVTH: Trần Quốc Thái Để khắc phục vấn đề này, ta có thể kết hợp kỹ thuật relay vào mạng vô tuyến nhận thức nhằm cải thiện chất lƣợng mạng
Chương 3: Lý thuyết thông tin vô tuyến 20 HVTH: Trần Quốc Thái
LÝ THUYẾT THÔNG TIN VÔ TUYẾN
Môi trường kênh truyền vô tuyến
Trong môi trường truyền sóng di động, tín hiệu chịu ảnh hưởng từ nhiều hiện tượng khác nhau, dẫn đến sự biến đổi ngẫu nhiên theo thời gian, tần số và không gian của kênh truyền Những biến đổi này có thể tác động tiêu cực đến hiệu suất của hệ thống Để giảm thiểu ảnh hưởng của kênh truyền và thiết kế hệ thống với các thông số tối ưu, việc hiểu rõ đặc tính của kênh truyền vô tuyến và thực hiện mô hình hóa kênh truyền một cách hợp lý là rất cần thiết.
Hiện tượng đa đường xảy ra khi sóng điện từ phản xạ, tán xạ và khúc xạ khi gặp vật cản trên đường truyền, dẫn đến năng lượng tín hiệu bị phân tán theo nhiều hướng khác nhau Tín hiệu đến máy thu là sự kết hợp của các sóng đến từ nhiều hướng, với mức suy hao, biên độ và pha khác nhau Sự chồng chéo của các tín hiệu này tại máy thu tạo ra một tín hiệu phức tạp, có biên độ và pha thay đổi đáng kể so với tín hiệu gốc.
Hiện tượng Doppler xảy ra khi có sự thay đổi vị trí tương đối giữa các vật thể trong quá trình truyền tín hiệu, dẫn đến sự biến đổi đặc tính của kênh truyền theo thời gian Hiện tượng này ảnh hưởng đến tín hiệu trong các khoảng thời gian ngắn và phạm vi nhỏ, vì vậy nó còn được gọi là fading phạm vi nhỏ hoặc fading nhanh.
Hiện tượng che khuất xảy ra khi tín hiệu giữa máy phát và máy thu bị cản trở bởi các vật thể lớn và dày đặc.
Chương 3: Lý thuyết thông tin vô tuyến 21 HVTH: Trần Quốc Thái bước sóng Khác với hiện tượng Doppler, hiện tượng che khuất tác động lên tín hiệu trên phạm vi lớn, trong khoảng thời gian dài nên còn đƣợc gọi fading phạm vi lớn hoặc fading chậm
Hiện tượng suy hao đường truyền trong môi trường truyền sóng di động tương tự như suy hao trong không gian tự do, nhưng thường không có đường truyền thẳng (LOS), dẫn đến công suất tín hiệu bị suy hao nhiều hơn Công suất tín hiệu tại phía thu trong không gian tự do sẽ khác biệt so với môi trường di động.
(3.1) trong đó: Pt: là công suất phía phát (W), Pr(d) là công suất thu đƣợc
G t : là độ lợi anten phát và G r là độ lợi anten thu d: là khoảng cách truyền (m)
L: là hệ số suy hao (L ≥1)
𝝀: là khoảng cách bước sóng (m).
Kênh truyền vô tuyến
Trong lĩnh vực thông tin vô tuyến, kênh truyền vô tuyến đóng vai trò quan trọng và có tính chất thay đổi ngẫu nhiên theo thời gian và không gian, ảnh hưởng lớn đến hoạt động của hệ thống Để thiết kế hệ thống thông tin hiệu quả với các thông số tối ưu, cần nắm rõ đặc tính của kênh truyền và thực hiện mô hình hóa hợp lý Việc phân loại kênh truyền vô tuyến dựa trên các đặc tính của chúng là cần thiết, trong đó có hai mô hình fading chính: fading diện rộng (large scale fading) và fading diện hẹp (small scale fading), giúp đánh giá ảnh hưởng lên tín hiệu.
Chương 3: Lý thuyết thông tin vô tuyến 22 HVTH: Trần Quốc Thái
Tín hiệu trong môi trường di động bị suy hao và tán xạ năng lượng do tác động của các vật thể trên đường truyền, hiện tượng này được gọi là fading Fading được chia thành hai loại chính: fading phạm vi lớn và fading phạm vi nhỏ.
Fading phạm vi lớn là hiện tượng suy giảm công suất tín hiệu khi di chuyển qua khoảng cách lớn, từ 10 đến 30 lần bước sóng Nguyên nhân chính là do ảnh hưởng của địa hình và các vật cản như đồi núi hay nhà cửa Cường độ tín hiệu trong trường hợp này có phân bố Gaussian xung quanh giá trị trung bình, dẫn đến sự biến đổi chậm của tín hiệu, do đó hiện tượng này còn được gọi là fading chậm.
Fading phạm vi nhỏ gây ra biến đổi biên độ và pha của tín hiệu khi có sự thay đổi vị trí tương đối giữa máy phát và máy thu trong khoảng nửa bước sóng Hiện tượng này xảy ra do sự thay đổi liên tục của môi trường truyền sóng, thường được gọi là fading nhanh Cường độ tín hiệu trong trường hợp này có thể tuân theo phân bố Rayleigh khi không có đường truyền thẳng hoặc phân bố Rician khi có đường truyền LOS Khi máy di động di chuyển trên một phạm vi lớn hoặc trong thời gian dài, tín hiệu sẽ bị ảnh hưởng bởi cả fading phạm vi lớn và fading phạm vi nhỏ.
Phổ tín hiệu có băng thông nhỏ hơn băng thông kết hợp của kênh truyền, với chu kỳ symbol lớn hơn trải trễ của kênh Mặc dù các đặc tính của phổ tín hiệu được bảo toàn, mọi thành phần tần số khi truyền qua kênh đều chịu sự suy giảm và dịch tần tương tự, nhưng cường độ tín hiệu thu nhận thay đổi theo thời gian do hiện tượng đa đường Trong khi tín hiệu thay đổi theo thời gian, phổ tín hiệu vẫn giữ nguyên Kênh truyền fading phẳng được xem là kênh truyền thay đổi biên độ, còn được gọi là kênh truyền băng hẹp.
Chương 3: Lý thuyết thông tin vô tuyến 23 HVTH: Trần Quốc Thái
3.2.1.2 Fading chọn lọc tần số
Phổ tín hiệu có băng thông lớn hơn băng thông kết hợp của kênh truyền và chu kỳ symbol nhỏ hơn trải trễ của kênh Kênh truyền chọn lọc tần số có đáp ứng tần số không bằng phẳng trong toàn bộ dải tần, dẫn đến sự suy hao và xoay pha khác nhau cho tín hiệu ở các tần số khác nhau Nếu đáp ứng tần số trong toàn bộ băng thông của tín hiệu là bằng phẳng, kênh được coi là không chọn lọc tần số (flat fading channel) Ngược lại, nếu đáp ứng tần số không đồng nhất, kênh truyền được gọi là chọn lọc tần số (frequency selective fading channel) Mặc dù không thể có đáp ứng bằng phẳng trên toàn bộ dải tần vô tuyến, kênh có thể được xem là phẳng trong một khoảng tần số nhất định Kênh truyền chọn lọc tần số còn được gọi là kênh truyền rộng.
3.2.1.3 Kênh truyền fading biến đổi nhanh Đáp ứng xung của kênh truyền thay đổi nhanh hơn chu kỳ symbol phát (thời gian kết hợp nhỏ hơn chu kỳ symbol), điều này gây ra sự phân tán tần số do hiện tượng doppler và méo tín hiệu Fading nhanh thường có tác động xấu đến các tham số tín hiệu, rõ nhất là dạng sóng tín hiệu, nó gây méo phổ, pha…và ảnh hưởng nghiêm trọng đến chất lƣợng hệ thống Trong thực tế fading nhanh chỉ xảy ra với đường truyền tốc độ dữ liệu thấp
3.2.1.4 Kênh truyền fading biến đổi chậm
Sự thay đổi đáp ứng của kênh truyền diễn ra chậm hơn tốc độ tín hiệu trên dải nền phát, khiến kênh truyền được xem là tĩnh Khi trải Doppler của kênh truyền nhỏ hơn băng thông tín hiệu, các biến động trong kênh xảy ra trong thời gian dài, thường do các chướng ngại vật lớn hoặc hiện tượng thời tiết xấu Kết quả là công suất thu trung bình có thể giảm đáng kể, thậm chí dẫn đến việc mất tín hiệu.
Chương 3: Lý thuyết thông tin vô tuyến 24 HVTH: Trần Quốc Thái
3.2.2 Kênh truyền Rayleigh, kênh truyền Ricean và kênh truyền Nakagami-m Đáp ứng kênh truyền là một quá trình phụ thuộc vào cả thời gian và biên độ Tuỳ theo địa hình kênh truyền mà giữa máy phát và máy thu có thể tồn tại hay không tồn tại suy hao đường truyền LOS (Line Of Sight) Biên độ của hàm truyền tại một tần số nhất định tuân theo phân bố Rayleigh và phân bố Ricean Nếu kênh truyền không tồn tại LOS, người ta đã chứng minh được đường bao của tín hiệu truyền qua kênh truyền có phân bố Rayleigh nên kênh truyền đƣợc gọi là kênh truyền fading Rayleigh Khi đó tín hiệu nhận đƣợc ở máy thu là tổng hợp của các thành phần phản xạ, nhiễu xạ và khúc xạ Nếu kênh truyền tồn tại LOS thì đây chính là thành phần chính của tín hiệu tại máy thu, các thành phần không phải truyền thẳng LOS không đóng vai trò quan trọng, không ảnh hưởng quá xấu đến tín hiệu thu Khi này đường bao tín hiệu truyền qua kênh truyền có phân bố Ricean hoặc Nakagami-m nên kênh truyền đƣợc gọi là kênh truyền fading Ricean hoặc Nakagami-m
Phân bố Rayleigh là một khái niệm quan trọng trong kênh truyền vô tuyến, thường được sử dụng để mô tả sự biến đổi theo thời gian của đường tín hiệu fading phẳng hoặc đường bao của một thành phần đa đường riêng lẻ Đặc biệt, đường bao của hai tín hiệu nhiễu Gaussian trực giao tuân theo phân bố Rayleigh với mật độ xác suất đặc trưng.
Xác suất để đường bao của tín hiệu không vượt quá một giá trị R được xác định bởi hàm phân bố tích luỹ CDF (Cumulative Distribution Function)
Phân bố Ricean mô tả hiện tượng khi các thành phần đa đường ngẫu nhiên đến bộ thu với các góc khác nhau, dẫn đến sự chồng lấn lên tín hiệu đường thẳng (LOS).
Chương 3: Lý thuyết thông tin vô tuyến 25 HVTH: Trần Quốc Thái Điều này có ảnh hưởng tại ngõ ra của bộ tách sóng đường bao như là cộng thêm thành phần DC vào các thành phần đa đường ngẫu nhiên Ảnh hưởng của tín hiệu LOS đến bộ thu cùng với các tín hiệu đa đường (công suất yếu hơn LOS) sẽ là phân bố Ricean rõ rệt hơn
Hàm mật độ phân bố xác suất của phân bố Ricean
(3.4) trong đó, A là biên độ của thành phần LOS, I0 là Hàm Bessel sửa đổi loại 1 bậc 0
Phân bố Ricean được xác định bởi số k, là tỷ lệ giữa công suất tín hiệu xác định (thành phần LOS) và công suất của các thành phần đa đường.
Thông số k xác định phân bố Ricean và đƣợc gọi là hệ số Ricean
Hình 3.2: Hàm mật độ xác suất phân bố Rayleigh và Ricean
Chương 3: Lý thuyết thông tin vô tuyến 26 HVTH: Trần Quốc Thái
Khi A→0 và k→0, thành phần LOS bị suy giảm về biên độ, phân bố Ricean trở thành phân bố Rayleigh
Phân bố Nakagami-m: Hàm mật độ phân bố của phân bố Nakagami-m nhƣ sau:
(3.7) trong đó, m đƣợc định nghĩa là tỷ số các moment:
Phân bố Nakagami-m, khác với phân bố Rayleigh, có hai tham số m và Ω, giúp tăng tính linh động và độ chính xác trong mô hình thống kê tín hiệu Nó có khả năng mô hình hóa các điều kiện kênh truyền fading đa dạng hơn, từ nhẹ đến mạnh, so với phân bố Rayleigh Đặc biệt, phân bố Rayleigh chỉ là một trường hợp đặc biệt của phân bố Nakagami-m khi m = 1.
Hình 3.3: Hàm mật đồ phân bố Nakagami-m
Chương 3: Lý thuyết thông tin vô tuyến 27 HVTH: Trần Quốc Thái
3.3 Điều chế và giải điều chế tín hiệu số
3.3.1 Điều chế tín hiệu số
Khác với công nghệ tương tự, phương pháp điều chế tín hiệu số cho phép gửi M tín hiệu S1(t), S2(t), …, SM(t) trong cùng một khoảng thời gian của chu kỳ ký tự Ts, với M = 2^n, n là số nguyên và Ts = n.Tb, trong đó Tb là chu kỳ của bit Các tín hiệu được điều chế bằng cách thay đổi biên độ, pha hoặc tần số của sóng mang trong M bước rời rạc Do đó, các phương pháp điều chế số thường được ký hiệu là M-aray ASK (Amplitude Shift Keying), M-aray PSK (Phase Shift Keying), M-aray FSK (Frequency Shift Keying), hay còn gọi là M-ASK, M-PSK, M-FSK.
Ƣớc lƣợng kênh truyền
Giải điều chế quyết định mềm tạo ra các bit "soft", bao gồm thông tin về độ tin cậy của quyết định bit 0 hay 1, giúp cải thiện chất lượng lược đồ mã hóa kênh truyền Để thực hiện quyết định mềm, bộ giải điều chế cần xem xét từng bit một cách riêng biệt Ví dụ, một điểm x gần biên của 00 và 01 cho thấy bit bên trái có độ tin cậy cao hơn, trong khi bit bên phải có độ tin cậy thấp do sự thay đổi từ 0 sang 1 Quy trình này sử dụng LLRs (Log-Likelihood Ratios) để thực hiện quyết định từng bit.
3.4.1 Phương pháp ước lượng MMSE
Phương pháp ước lượng MMSE (minimum mean square error) là kỹ thuật tối ưu hóa nhằm giảm thiểu sai số bình quân giữa tín hiệu mong muốn và tín hiệu ước lượng.
Giả sử x là vector biến ngẫu nhiên chưa biết và y là vector biến ngẫu nhiên đã biết Mục tiêu của chúng ta là ước lượng x thông qua y, ký hiệu là ŷ( ) Sai số ước lượng được xác định bởi công thức e = x - x̂.
MSE E x{( x x)( x) } T (3.21) Ƣớc lƣợng MMSE chính là xác định giá trị nhỏ nhất của MSE
3.4.2 Phương pháp ước lượng LMMSE
Phương pháp ước lượng LMMSE (linear minimum mean square error) tương tự như MMSE, với mục tiêu tìm giá trị nhỏ nhất của MSE cho các ước lượng tuyến tính có dạng Wy + b Trong đó, y là vector ngẫu nhiên, W là ma trận, và b là vector Giá trị ước lượng LMMSE được xác định bởi công thức ˆx = Wy + b Trong trường hợp ước lượng không lệch, lỗi ước lượng sẽ bằng 0, tức là { } { }ˆ { } 0.
Chương 3: Lý thuyết thông tin vô tuyến 35 HVTH: Trần Quốc Thái trong đó: x E x{ } và y E y{ } ˆ ( ) xW yy x Sai lệch do ƣớc lƣợng: xˆ x W y( y) ( x x) ˆ
Theo nguyên tắc trực giao: ˆ {( )( ) } 0 T
C XY là ma trận hiệp phương sai chéo của X và Y, C Y là ma trận hiệp phương sai của
Y Hiệp phương sai của sai số ước lượng MMSE tuyến tính là: ˆ ˆ ˆ
PHÂN TÍCH CHẤT LƯỢNG MẠNG RELAY GIẢI MÃ VÀ CHUYỂN TIẾP NHẬN THỨC NỀN
Mô hình hệ thống mạng relay giải mã và chuyển tiếp nhận thức nền
Mạng relay giải mã và chuyển tiếp nhận thức nền đa hop, được mô tả trong hình 4.1, kết hợp giữa kỹ thuật truy cập phổ underlay và kỹ thuật relay giải mã Trong một dãy tần số xác định, hai mạng vô tuyến có thể hoạt động đồng thời: mạng vô tuyến thứ nhất, gọi là mạng primary, nắm quyền sử dụng dãy tần số, trong khi mạng vô tuyến nhận thức nền (CR) hoạt động dựa trên sự cho phép của mạng primary.
Tất cả các hoạt động của mạng vô tuyến nhận thức (CR) cần tuân thủ quy định về công suất phát, đảm bảo rằng mức độ nhiễu từ các người dùng CR không vượt quá ngưỡng cho phép của mạng chính Ngưỡng này được ký hiệu là I T, phản ánh giới hạn tối đa cho phép mà mạng CR có thể gây ra nhiễu cho mạng primary.
Hình 4.1: Mô hình hệ thống mạng relay giải mã và chuyển tiếp nhận thức nền
Giả sử kênh truyền từ nút S đến D bị che chắn hoặc rất xa hoặc có hiện tƣợng deep fading nên kênh truyền tín hiệu từ S → D xem nhƣ bỏ qua
Chương 4: Phân tích chất lượng mạng 37 HVTH: Trần Quốc Thái
Để truyền tín hiệu từ S đến D trong mạng vô tuyến nhận thức nền, cần sử dụng các relay để nhận và chuyển tiếp tín hiệu Theo hình 4.1, quá trình này yêu cầu sử dụng N-2 relay.
Kỹ thuật relay được chia thành hai loại chính: kỹ thuật relay giải mã và chuyển tiếp (DF) cùng với kỹ thuật relay khuếch đại và chuyển tiếp (AF) Luận văn này tập trung vào việc áp dụng kỹ thuật relay giải mã và chuyển tiếp để truyền tín hiệu từ nút S đến D Trong mạng CR, relay sử dụng chung dãy băng tần với mạng primary, đồng thời cần đảm bảo rằng công suất phát của relay không gây nhiễu cho mạng primary vượt quá ngưỡng cho phép.
Trong bài luận văn này, chúng tôi giả định rằng sự suy hao của kênh truyền không phụ thuộc vào tần số Kênh truyền được phân tích là kênh truyền Rayleigh Hệ số kênh truyền giữa nút phát \( t \in \{0,1,2,\ldots,N-1\} \) và nút thu \( r \in \{1,2,\ldots,N,P\} \) được ký hiệu là \( h \).
Khoảng cách giữa nút phát và nút thu được ký hiệu là dtr, trong khi α là hệ số mũ suy hao trong không gian Theo nghiên cứu, giá trị α thường dao động từ 1.6 đến 6, nhưng trong thực tế, giá trị này chủ yếu nằm trong khoảng từ 2 đến 5.
Tín hiệu x0 được truyền từ nút S0 đến nút D thông qua các nút relay Ban đầu, tín hiệu x0 tại S0 được điều chế và gửi đến nút relay R1 với năng lượng B0 = E{|x0|^2} Tại R1, tín hiệu được giải điều chế thành x1, sau đó tiếp tục được điều chế và truyền đến nút R2 với năng lượng B1 = E{|x1|^2} Quá trình này lặp lại cho đến khi tín hiệu đến được nút D Tại D, tín hiệu thu được sẽ được giải điều chế để phục hồi tín hiệu gốc Trong kênh truyền thứ (t–r), tín hiệu thu được tại nút r được biểu diễn bằng công thức: ytr = h * x + ntr, trong đó ytr là tín hiệu thu tại nút r, ntr là nhiễu AWGN với phân bố ntr ~ CN(0, N0).
Trong mạng relay giải mã và chuyển tiếp nhận thức nền, công suất phát của các người dùng trong mạng CR cần được điều chỉnh để không làm tăng nhiễu cho mạng chính vượt quá ngưỡng cho phép, đồng thời đảm bảo sử dụng thông tin kênh truyền một cách hiệu quả.
Chương 4: Phân tích chất lượng mạng 38 HVTH: Trần Quốc Thái
Công suất phát của các user mạng vô tuyến nhận thức nền phải thỏa mãn điều kiện:
B h I (4.2) trong đó, IT là mức can nhiễu tối đa cho phép CR user gây nhiễu cho mạng primary
Tỷ số SNR của kênh truyền (t – r) tại r đƣợc tính nhƣ sau:
Mô hình kênh truyền mạng CR với thông tin kênh truyền không đầy đủ
Do thông tin về kênh truyền không đầy đủ, việc ước lượng kênh truyền là cần thiết Mô hình kênh truyền với thông tin không đầy đủ được biểu diễn như sau: \( \hat{h}_{tr} = h_{tr} + \epsilon_{tr} \), trong đó \( \hat{h}_{tr} \) là hệ số kênh truyền ước lượng của kênh truyền thứ (t - r) và \( \epsilon_{tr} \) là sai số ước lượng Cả hai biến \( h_{tr} \) và \( \hat{h}_{tr} \) được giả thuyết là ngẫu nhiên dừng và tuân theo phân bố xác suất nhất định.
Gaussian, ˆh tr trực giao với sai số ƣớc lƣợng ε tr Thông số ˆh tr , εtr tuân theo phân bố Gaussian và đƣợc biểu diễn nhƣ sau:
~ 0, tr CN tr E h tr E h tr
(4.5) ˆ ~ tr 0, 1 tr tr tr h CN
Phương sai σtr phản ánh độ sai lệch trong quá trình ước lượng kênh truyền, và giá trị của nó phụ thuộc vào tính chất của kênh và phương pháp ước lượng được chọn Luận văn này sẽ áp dụng phương pháp ước lượng LMMSE (linear minimum mean square error) để ước lượng kênh truyền Theo tài liệu [1],[2], σtr được tính toán theo các công thức cụ thể.
, ˆ 1 tr tr tr 1 p tr training
Chương 4: Phân tích chất lượng mạng 39 HVTH: Trần Quốc Thái trong đó:
Lp: là số lƣợng pilot symbol
0 0 t training tr t training tr tr training tr training
: là tỷ số SNR trung bình pilot symbol của kênh truyền (t – r) Công suất pilot t training , T tP
và tP tr tr tr
Công suất phát của CR user với thông tin kênh truyền không đầy đủ
Điều kiện hoạt động của mạng vô tuyến nhận thức nền yêu cầu công suất phát của các người dùng mạng CR không được gây nhiễu cho người dùng mạng chính vượt quá ngưỡng cho phép I T Do đó, công suất phát B t của các người dùng CR cần phải đáp ứng các tiêu chí nhất định để đảm bảo hiệu suất và tính ổn định của mạng.
Trong trường hợp thông tin kênh truyền không đầy đủ, phải thực hiện việc ước lƣợng kênh truyền Khi đó, công suất phát của các user mạng CR là: ˆ 2
Từ (4.8), (4.9) thì công suất phát của các user mạng CR phải thỏa điều kiện:
Để mạng CR không làm nhiễu cho mạng chính, việc ước lượng phải đảm bảo rằng h tP 2 ≤ h ˆ tP 2 Điều kiện này có thể xảy ra hoặc không.
Chương 4: Phân tích chất lượng mạng 40 HVTH: Trần Quốc Thái
Chương 5 sẽ tính xác suất điều kiện này xảy ra và đề ra giải pháp nhằm cực đại xác suất này
Phần tiếp theo sẽ trình bày công thức tính tỷ lệ lỗi bit (BER) của mạng vô tuyến nhận thức nền, giúp đánh giá hiệu quả hệ thống một cách nhanh chóng mà không cần thực hiện các mô phỏng tốn thời gian.
Phân tích tỷ lệ lỗi bit BER của mạng CR với thông tin kênh truyền không đầy đủ
Trong hệ thống mạng vô tuyến nhận thức nền, thông tin về kênh truyền thường không đầy đủ Tín hiệu thu được tại điểm r của kênh truyền (t – r) được mô tả bởi công thức: \( y_{tr} = h_{tr} x_{t} + \epsilon x_{tr} + n \).
Hệ số γtr,eff ( effective SNR ) của kênh truyền (t – r) đƣợc tính toán nhƣ sau [1]:
0 ˆ ˆ ˆ ˆ ˆ tr t t tr tr tr tr tr eff t tr tr t t tr tr tP t tr
Dựa vào công thức (4.13), chúng ta có thể xây dựng công thức tính tỷ lệ lỗi bit (BER) của kênh truyền (t – r) Sử dụng phương pháp điều chế M-QAM, ta sẽ tiến hành tính toán và phân tích sự thay đổi của BER theo các thông số mạng Phương pháp điều chế M-QAM bao gồm hai trường hợp khác nhau.
Điều chế M-QAM hình vuông với M = 2 m (m chẵn)
Điều chế M-QAM hình chữ nhật với M = 2 m (m lẻ)
Chương 4: Phân tích chất lượng mạng 41 HVTH: Trần Quốc Thái
Hình 4.2: Giản đồ không gian tín hiệu 4x4-QAM hình vuông (m = 4 chẵn)
Hình 4.3: Giản đồ không gian tín hiệu 8x4-QAM hình chữ nhật (m = 5 lẻ)
Công thức tính BER của kênh truyền thứ (t-r) nhƣ sau:
, tr eff f là hàm mật độ xác xuất (pdf) của γ tr,eff R e1,tr , R e2,tr là xác suất lỗi bit của kênh truyền thứ (t – r), theo [1], [5] đƣợc tính nhƣ sau:
Chương 4: Phân tích chất lượng mạng 42 HVTH: Trần Quốc Thái log 2 (1 2 ) 1 e2,
Dựa vào công thức (4.13) để xác định hàm f γtr,eff (γ):
0 ˆ ˆ ˆ ˆ tr tr tr tr eff tP tP tr tr tr
ˆ 2 h tr , h ˆ tP 2 tuân thủ theo phân phối exponential: ˆ tr 2 ~ 0, 1 tr h CN
Hàm pdf của z tr , d tr trong (4.13) là:
Hàm mật độ xác suất pdf của tr eff , tr tr z
( ) ( ) ( ) tr tP tr tr eff tr tr yx y z d tr tP f x yf yx f y dy y e e dy Đặt tr tP tr k
Chương 4: Phân tích chất lượng mạng 43 HVTH: Trần Quốc Thái
( ) tP tr tP tr tP tr tr tP tr eff x y tP tr tr tP tP tr tr tr e k e f x e ye dy x k x
Từ (4.14), (4.15), (4.16), (4.17) biểu thức Re(r) đƣợc xác định nhƣ sau
2 k tr eff k s k tr tP tr w i k s g k Q i gx f x dx s
2 k tP tr k s k tr tP tr tr tr w i k s g k k e I i g k s
Chương 4: Phân tích chất lượng mạng 44 HVTH: Trần Quốc Thái
Công suất BER trung bình của tất cả các hop {R e (1), R e (2),…, Re(N)}, theo [15] công thức tính BER trung bình của tất cả các hop đƣợc tính nhƣ sau:
Phân tích BER của mạng CR với thông tin kênh truyền không đầy đủ và điều kiện công suất phát tối đa của CR user là P m
Giả sử mức ngưỡng tối đa cho phép CR user gây nhiễu cho PU là IT và công suất phát tối đa của CR user là Pm Mô hình hệ thống kênh truyền và kỹ thuật ước lượng kênh truyền tương tự như trong các phần (4.1) và (4.2) Dựa trên ước lượng kênh truyền, công suất phát của CR user cần phải đáp ứng các điều kiện cụ thể để đảm bảo hiệu suất tối ưu.
Sử dụng lại công thức (4.15) để tính toán BER trong trường hợp có điều kiện P m
Thông số Re1,tr, Re2,tr đại diện cho xác suất lỗi bit trong điều kiện Pm, tương tự như trong trường hợp không có điều kiện Pm Để tính toán, hãy áp dụng công thức (4.15) và (4.16).
R e1,tr và R e2,tr Tuy nhiên, sự khác biệt so với trường hợp không có điều kiện công
Chương 4: Phân tích chất lượng mạng 45 HVTH: Trần Quốc Thái suất phát tối đa Pm chính là cách tính thông số γtr,eff nên cần phải tính lại γtr,eff Từ (4.12) γtr,eff (effective SNR) của kênh truyền thứ (t - r) đƣợc tính nhƣ sau [3]:
T m tr tP tr t t tr tr tr eff t tr t t tr T tr m tr
(4.24) Để tính BER trước tiên cần tính hàm pdf của γtr,eff Theo [6] hàm phân phối tích lũy (cdf) của x tr min I T / h ˆ tP 2 , P m h ˆ tr 2 đƣợc tính nhƣ sau:
1 tr T tP T tP tr tr T tP m m m m m m tr x I I x x I
P P P P P P tP T x tr tP T tr tP T
Tính hàm pdf của x tr bằng cách lấy đạo hàm của ( ) x tr
( ) ( ) 1 tr T tP tr T tP m m m m tr tr x I x I
P P P P tr tr tP tr T x x m tP T tr tP T tr x I f x F x e e e e
Sử dụng công thức (4.26) để tính hàm pdf của γ tr = x tr / N 0
( ) 1 tr T tP tr T tP m m m m tr eff
P tr tr P tP tr T P P m tP T tr tP T tr
( ) 1 tr T tP T tP m m m tr eff
P tr tr P tP tr T P m tP T tr tP T tr
Chương 4: Phân tích chất lượng mạng 46 HVTH: Trần Quốc Thái
( ) tr T tP T tP m m m tr eff
P tr tr tr P tP tr T P m m tr tP T tr tP T
( ) 1 tr T tP T tP m m m tr eff
P tr tr P tP T P m m tP T tr tP T tr tr f e N N e I e
Đặt ρ tr = N 0 λ tr / P m và G tr = λ tP I T / λ tr N 0
( ) tr tr tr 1 tr tr tr eff
G G tr tr tr tr tr f e e G e
, ( ) tr (1 tr tr ) tr tr 2 tr tr tr eff
G tr tr G tr G tr tr tr
Kết hợp (4.14), (4.15), (4.16),(4.27) thì Re(r) của kênh truyền thứ ( t – r ) đƣợc tính nhƣ sau [3]:
2 k tr eff k s k tr tr w i k s G g Q i gx f x dx s
2 k tr tr tr tr tr tr tr k s k x G tr tr G tr G tr tr tr
Chương 4: Phân tích chất lượng mạng 47 HVTH: Trần Quốc Thái
(2 1) tr tr tr k tr tr tr tr tr tr
G tr x tr e Q i gx e dx e G Q i gx e dx s x G e G Q i gx e dx x G
Theo [17, eq.(3.352)] và [17, eq.(3.353)],[3] có thể tính xấp xỉ các biểu thức sau:
3 tr tr tr tr tr i g
G tr tr x i g tr G tr tr i g e Ei G e Q i gx dx x G i g e Ei G
4 3 tr tr tr tr tr i g
G tr tr tr i g x G tr tr tr tr tr i g i g e Ei G e i g i g
Sử dụng lại công thức (3.21) để tính BER trung bình của tất cả các hop {Re(1),