Mạng hai chiều với một nút chuyển tiếp cung cấp năng lượng và SIC

GIỚI THIỆU

NHIỆM VỤ VÀ GIỚI HẠN Ề TÀI

- Tìm hiểu sở lý thuyết về hệ thống mạng hai chiều, kỹ thuật thu thập năng ượng vô truyến và kỹ thuật mã hóa kỹ thuật số

- Phân tích và mô phỏng hệ thống

Trong mô hình này, chúng tôi tập trung vào hai nút nguồn có khả năng truyền và nhận thông tin Đồng thời, có một nút chuyển tiếp thực hiện chức năng giải mã và cung cấp năng lượng, đồng thời xem xét các yếu tố nhiễu từ bên ngoài cũng như sự hiện diện của các nút nghe lén khác.

PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

ề tài trong ĩnh vực này chúng tôi nghiên cứu b ng những phư ng ph p như:

- Tìm kiếm tài liệu, các bài báo, tạp hí iên qu n ến ề tài trong và ngoài nước

- Ph n tí h phư ng ph p thiết kế hệ thống, phư ng ph p nh gi , iểm tra và hướng phát triển củ ề tài

- Tiến hành xây dựng hệ thống

- Tiến hành kiểm tr nh gi hệ thống b ng cách mô phỏng kết quả ã ph n tí h

Giới thiệu tổng quan về ề tài, mục tiêu, nhiệm vụ và hướng thực hiện ể tạo cái nhìn tổng quan về nội dung củ ề tài

Chương 2: Cơ sở lý thuyết

Phần này trình bày các lý thuyết iên qu n ến ề tài như mạng hai chiều, ĩ thuật thu thập năng ượng và mã hóa mạng số

Chương 3: Mô hình hệ thống

Phần này trình bày cách xây dựng hệ thống và phân tích hệ thống

Chương 4: Mô phỏng và nhận xét

Trình bày giải thuật, ư r ết quả mô phỏng từ ó ư r nhận xét cho mô hình ã hảo sát ở hư ng 3

Chương 5: Kết luận và hướng phát triển

Tổng kết ề tài và nh gi ết quả ạt ượ ồng thời ư r hướng nghiên cứu có thể tiếp tục thực hiện ể phát triển ề tài trong tư ng i

Phần cuối của đồ án là danh mục các tài liệu tham khảo Ồ ÁN TỐT NGHIỆP 3

Chư ng 2: C sở lý thuyết

CƠ SỞ LÝ THUY T

GIAO TI P THI T BỊ VỚI THI T BỊ

Giao tiếp giữa thiết bị với thiết bị (D2D) trong các mạng di động cho phép người dùng di động giao tiếp trực tiếp mà không cần qua trạm gốc (BS) hoặc mạng lõi D2D thường diễn ra trên các tần số di động hoặc trong các dải tần hợp pháp, tạo điều kiện thuận lợi cho việc truyền tải thông tin một cách nhanh chóng và hiệu quả.

Trong mạng di động, mọi thông tin liên lạc đều phải qua trạm gốc, ngay cả khi các bên có thể giao tiếp trực tiếp trong cùng một khu vực Giao tiếp qua trạm gốc thường phù hợp với các dịch vụ di động có tốc độ dữ liệu thấp như cuộc gọi thoại và tin nhắn văn bản, khi người dùng hiếm khi gần nhau để liên lạc trực tiếp Tuy nhiên, với sự phát triển của các dịch vụ tốc độ cao, người dùng di động hiện nay có khả năng giao tiếp trực tiếp trong phạm vi gần.

Do ó truyền thông D2D có thể nâng cao hiệu quả sử dụng phổ mạng Những lợi thế của D2D không chỉ dừng lại ở việc tối ưu hóa quang phổ mà còn cải thiện đáng kể thông lượng, hiệu suất năng lượng và giảm độ trễ.

Dịch vụ cục bộ cho phép dữ liệu người dùng được truyền trực tiếp giữa các thiết bị đầu cuối và mạng, như trong các ứng dụng truyền thông xã hội.

Thông tin liên lạc khẩn cấp là rất quan trọng trong các tình huống thiên tai như bão hay động đất Khi mạng truyền thông truyền thống bị hư hại, các mạng khác có thể được thiết lập thông qua kết nối D2D, giúp duy trì khả năng liên lạc trong những trường hợp khẩn cấp này.

Cải tiến IoT (Internet of Things): Nếu kết hợp D2D vào IoT, một mạng không dây thực sự ược kết nối sẽ ược tạo ra [1]

Thu thập năng ượng à qu trình mà năng ượng ược lấy từ các nguồn bên ngoài, ưu trữ lại và cung cấp cho các hệ thống nhúng

Vì nguồn năng lượng có hạn, việc thu thập năng lượng từ các nguồn bên ngoài là phương pháp hiệu quả giúp các nút duy trì hoạt động lâu dài.

Nếu có phần cứng phù hợp và quản ý năng ượng một cách hợp lý, tuổi thọ của nút có thể kéo dài gần như v hạn

Mặc dù việc thu thập năng lượng mang lại nhiều lợi ích, nhưng vẫn tồn tại một số hạn chế nhất định Cần có kỹ thuật quản lý năng lượng hợp lý, phần cứng phù hợp và mật độ năng lượng thường bị giới hạn.

Dưới y à một mô hình hệ thống thu thập năng ượng với bộ thu ý tưởng

Hình 2.1 mô tả mô hình hệ thống thu thập năng lượng ý tưởng, cho thấy một bộ thu có khả năng thu thập năng lượng và xử lý thông tin đồng thời Tuy nhiên, giả định này không phản ánh thực tế, vì các mạch thu năng lượng thực tế chỉ có thể thu thập năng lượng từ tín hiệu sóng mang mà không thể giải mã trực tiếp thông tin mà sóng mang chứa đựng.

Khác với truyền thông một chiều, trong đó chỉ có một thiết bị phát và một thiết bị nhận, truyền thông hai chiều cho phép cả hai thiết bị đều có khả năng gửi và nhận thông tin qua lại với nhau.

Kết hợp giữa kỹ thuật mã hóa mạng và truyền thông hợp tác, mạng hai chiều giúp nâng cao hiệu quả sử dụng bằng cách giảm thời gian truyền giữa các thiết bị.

Hình 2.2 Mô hình hệ thống mạng hai chiều hặng qua 4 khe thời gian

Hình 2.2 thể hiện ba nút X0, X1 và X2, trong đó X0 truyền gói tin đến X1 ở khe thời gian đầu tiên Tiếp theo, X1 sẽ gửi gói tin đến X2 trong khe thời gian thứ hai Quy trình này cũng diễn ra ngược lại khi X2 truyền gói tin về X0 ở khe thời gian tiếp theo.

2.4 KỸ THUẬT MÃ HÓA MẠNG SỐ

Mã hóa mạng là phương pháp tối ưu hóa dữ liệu trong mạng bằng cách sử dụng "đầu chứng số" để truyền tin nhắn "Đầu chứng số" là sự tổng hợp của một hoặc nhiều tin nhắn Khi "đầu chứng số" được gửi đi, thông tin sẽ được suy ra thay vì được truyền trực tiếp.

Trong mã hóa mạng, dữ liệu không chỉ dựa vào tin nhắn đang được truyền mà còn liên quan đến nội dung của các tin nhắn khác để xác định tuyến đường truyền tại thời điểm đó Điều này khiến mã hóa mạng có khả năng chống nghe lén và bảo vệ dữ liệu tốt hơn so với các hình thức tấn công truyền thống.

Mã hóa mạng số là một phư ng tiện khả thi ể cải thiện th ng ượng trong các mạng phức tạp [4]

Thời gian x 12 x 21 x R Ồ ÁN TỐT NGHIỆP 6

Hình 2.3 Kiến trúc h i ước của mã hóa mạng lớp vật lý trong mạng hợp tác hai chiều

Trong kiến trúc ước, hai luồng liên lạc được kết hợp đồng thời qua các kênh truy cập Hình 2.3 thể hiện hai nút nguồn S1, S2 và nút chuyển tiếp R Tại ước 1, nút R tiếp nhận tín hiệu nhiễu, bao gồm sự can nhiễu giữa các tín hiệu S1 và S2, do chúng phát cùng thời điểm, dẫn đến việc loại bỏ trực tiếp tín hiệu S1 và S2 trong ước 1.

2) Tín hiệu ược phát quảng bá trong ước 2 phụ thuộc vào kiến trú 2 ướ ược s dụng

2.5 PHƯƠNG PHÁP TRIỆT CAN NHIỄU TUẦN TỰ (SIC)

Phương pháp triệt can nhiễu tuần tự (SIC) được áp dụng trong NOMA để giải mã tín hiệu của từng người dùng Trong NOMA, công suất lớn được phân bổ cho người dùng ở xa trạm gốc nhất, trong khi công suất nhỏ dành cho người dùng gần trạm gốc Tất cả người dùng nhận cùng một tín hiệu mang thông tin chung Mỗi người dùng sẽ giải mã tín hiệu mạnh nhất trước, sau đó trừ tín hiệu đã giải mã từ tín hiệu nhận được SIC sẽ tiếp tục lặp lại quá trình trừ cho đến khi tìm thấy tín hiệu riêng của mình, cho phép người dùng gần trạm gốc loại bỏ tín hiệu của người dùng xa hơn.

GIẢI MÃ TÍN HIỆU MẠNH NHẤT TRƯỚC

MẠNG HAI CHIỀU

Khác với truyền thông một chiều, nơi chỉ có một thiết bị phát và một thiết bị nhận thông tin, truyền thông hai chiều cho phép cả hai thiết bị tương tác với nhau mà không phân biệt vai trò phát hay nhận Cả hai thiết bị đều có khả năng gửi và nhận thông tin, tạo ra một quá trình giao tiếp linh hoạt và hiệu quả.

Kết hợp giữa kỹ thuật mã hóa mạng và truyền thông hợp tác, mạng hai chiều sẽ nâng cao hiệu quả sử dụng bằng cách giảm thời gian truyền tải giữa các thiết bị.

Hình 2.2 Mô hình hệ thống mạng hai chiều hặng qua 4 khe thời gian

Hình 2.2 mô tả quy trình truyền gói tin giữa ba nút X0, X1 và X2 Ở khe thời gian đầu tiên, X0 gửi gói tin đến X1, sau đó X1 tiếp tục truyền gói tin đến X2 ở khe thời gian thứ hai Quy trình này sẽ được thực hiện ngược lại khi X2 gửi gói tin trở lại X0 ở khe thời gian tiếp theo.

KỸ THUẬT MÃ HÓA MẠNG SỐ

Mã hóa mạng là phương pháp tối ưu hóa dữ liệu trong mạng bằng cách truyền "đầu chứng số" qua tin nhắn "Đầu chứng số" là tổng hợp của một hoặc nhiều tin nhắn Khi "đầu chứng số" đến đích, thông tin sẽ được suy ra thay vì trực tiếp lặp lại, giúp bảo mật và giảm thiểu rủi ro trong quá trình truyền tải dữ liệu.

Trong mã hóa mạng, dữ liệu không chỉ dựa vào một tin nhắn được truyền mà còn phụ thuộc vào nội dung của các tin nhắn khác trong quá trình chia sẻ tuyến đường Điều này cho thấy mã hóa mạng có khả năng chống nghe lén và bảo vệ dữ liệu tốt hơn so với các hình thức tấn công truyền thống.

Mã hóa mạng số là một phư ng tiện khả thi ể cải thiện th ng ượng trong các mạng phức tạp [4]

Thời gian x 12 x 21 x R Ồ ÁN TỐT NGHIỆP 6

Hình 2.3 Kiến trúc h i ước của mã hóa mạng lớp vật lý trong mạng hợp tác hai chiều

Trong kiến trúc ước, hai luồng liên lạc kết hợp qua các kênh truy cập Hình 2.3 thể hiện hai nút nguồn S1, S2 và nút chuyển tiếp R Tại ước 1, nút R nhận tín hiệu nhiễu từ can nhiễu giữa các tín hiệu S1 và S2 Do phát tín hiệu cùng thời điểm, nên đường truyền trực tiếp giữa S1 và S2 bị bỏ qua trong ước 1.

2) Tín hiệu ược phát quảng bá trong ước 2 phụ thuộc vào kiến trú 2 ướ ược s dụng.

PHƯƠNG PHÁP TRIỆT CAN NHIỄU TUẦN TỰ

Phương pháp triệt can nhiễu tuần tự (SIC) được áp dụng trong NOMA để giải mã tín hiệu cho từng người dùng Trong NOMA, công suất lớn được phân bổ cho người dùng xa trạm gốc, trong khi công suất nhỏ dành cho người dùng gần trạm gốc Tất cả người dùng trong mạng đều nhận cùng một tín hiệu mang thông tin Mỗi người dùng sẽ giải mã tín hiệu mạnh nhất trước và sau đó trừ đi tín hiệu đã giải mã từ tín hiệu nhận được SIC sẽ tiếp tục lặp lại phép trừ cho đến khi tìm thấy tín hiệu riêng của mình, cho phép người dùng gần trạm gốc loại bỏ tín hiệu của người dùng xa.

GIẢI MÃ TÍN HIỆU MẠNH NHẤT TRƯỚC

Phương pháp triệt can nhiễu tuần tự SIC cho ba tín hiệu cho phép người dùng nhận diện và giải mã tín hiệu mạnh nhất trước, coi hai tín hiệu còn lại là nhiễu Sau khi tín hiệu đầu tiên được giải mã thành công và loại trừ, quá trình sẽ tiếp tục với hai tín hiệu còn lại cho đến khi tín hiệu mong muốn được giải mã hoàn toàn.

TRUYỀN THÔNG HỢP TÁC

Kênh truyền vô tuyến thường bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố từ môi trường như suy hao truyền, hiện tượng fading và can nhiễu sóng, dẫn đến hiệu suất kém và chất lượng dịch vụ không đảm bảo Để giảm thiểu các tác động tiêu cực lên hệ thống thông tin vô tuyến, nhiều nghiên cứu đã được thực hiện, đặc biệt là trong lĩnh vực hệ thống MIMO (nhiều đầu vào, nhiều đầu ra) Tuy nhiên, hệ thống MIMO thường chỉ khả thi với thiết kế nhiều ăng-ten trên thiết bị di động Do đó, ý tưởng ảo hóa hệ thống MIMO được đề xuất, cho phép các thiết bị di động chỉ cần một ăng-ten và thực hiện chia sẻ giữa các trạm.

- Không thể chia sẻ ăngten với nh u ể tạo thành một hệ thống MIMO ảo

- Sự tiêu hao nguồn cho nhiều ăngten à vấn ề không nhà sản xuất thiết bị di ộng nào hỗ trợ

- Khoảng cách giữ ăngten phải ủ lớn ể ường tín hiệu thu ược là ộc lập

Mỗi thiết bị di động có khả năng nhận dữ liệu từ nhiều nguồn khác nhau nhờ vào hiện tượng fading trong quá trình truyền tín hiệu Điều này dẫn đến việc hệ thống có thể phân tập không gian hiệu quả Hệ thống truyền thông hợp tác mang lại nhiều ưu điểm, đáp ứng tốt hơn với các yêu cầu ngày càng cao của hệ thống thông tin vô tuyến.

Hình 2.5 Mô hình hệ thống truyền thông hợp tác Ồ ÁN TỐT NGHIỆP 8

2.6.2 C ph ng ph p hu ển tiếp

Phư ng ph p huyển tiếp trong hệ thống thông tin vô tuyến có thể ược chia thành phư ng ph p như s u:

- Phư ng ph p huyển tiếp một chiều

- Phư ng ph p huyển tiếp hai chiều

- Phư ng ph p huyển tiếp chia sẻ

2.6.3 Kỹ thuật Giải mã và Chuyển tiếp

Quá trình truyền tín hiệu trong kỹ thuật giải mã và chuyển tiếp được minh họa trong Hình 2.3, trong đó nút chuyển tiếp R hoạt động như một trạm lặp (Repeater) Nút R thực hiện giải điều chế/giải mã tín hiệu nhận được, sau đó mã hóa/điều chế tín hiệu và truyền đến nút D Kỹ thuật này còn được gọi là kỹ thuật chuyển tiếp tái tạo, thường được sử dụng trong việc truyền tín hiệu số Quá trình tái tạo giúp loại bỏ hoàn toàn các yếu tố gây hại cho tín hiệu, khôi phục tín hiệu về trạng thái như ở nút S Ưu điểm của kỹ thuật DF là loại bỏ được tạp âm, tuy nhiên thời gian trễ tại nút chuyển tiếp lớn hơn kỹ thuật AF do phải tái tạo tín hiệu Nếu một nút chuyển tiếp giải điều chế/giải mã sai, lỗi này sẽ được truyền đến nút đích.

Hình 2.6 Kỹ thuật giải mã và chuyển tiếp Ồ ÁN TỐT NGHIỆP 9

HỆ THỐNG KI N THỨC LIÊN QUAN

Xác suất dừng là xác suất mà thiết bị thu không thể giải mã dữ liệu do tỷ số tín hiệu trên nhiễu (SNR) nhỏ hơn một ngưỡng xác định trước Nếu SNR lớn hơn ngưỡng này, tín hiệu sẽ được giải mã thành công Luận văn sẽ đánh giá xác suất dừng tại nút D, đồng thời xem xét xác suất dừng cho hai tín hiệu từ nguồn đến nút.

2.7.2 Kênh Rayleigh Fading p ứng của kênh truyền là một quá trình phụ thuộc vào cả thời gian và biên ộ iên ộ của hàm truyền tại một tần số nhất ịnh tuân theo phân bố Rayleigh, nếu kênh truyền không tồn tại LoS, người t ã hứng minh ượ ường bao của tín hiệu truyền qua kênh truyền có phân bố Rayleigh nên kênh truyền ược gọi là kênh truyền f ing R y eigh hi ó tín hiệu nhận ược ở máy thu là tổng hợp của các thành phần phản xạ, nhiễu xạ và hú xạ [6]

Fading Rayleigh là mô hình lý tưởng để mô tả quá trình truyền tín hiệu trong cả hai tầng tối ưu và hiện tại, đồng thời thể hiện rõ sự ảnh hưởng của môi trường đến tín hiệu vô tuyến Mô hình này không tính đến thành phần truyền thẳng Line of Sight (LoS).

Trong các kênh truyền vô tuyến, phân bố Rayleigh thường được sử dụng để mô tả sự thay đổi theo thời gian của cường độ tín hiệu trong môi trường fading phẳng, hoặc của một thành phần tín hiệu riêng lẻ.

Phân bố Rayleigh thường được sử dụng để mô tả tín hiệu vô tuyến trong khoảng thời gian ngắn Tín hiệu thu được điển hình có pha và đường bao fading, cho thấy sự biến đổi của tín hiệu trong môi trường truyền dẫn.

Khi một tín hiệu được phát ra từ máy phát và truyền qua kênh vô tuyến, tín hiệu thu được tại máy thu sẽ có dạng phức, trong đó có chứa pha ngẫu nhiên Φ với phân bố đều Thành phần phức r có thể được biểu diễn bởi hai thành phần ngẫu nhiên độc lập I và Q Độ lớn của r được tính theo công thức cụ thể.

Khi thiết bị di động di chuyển ở tần số 900MHz, tín hiệu thu tại máy thu sẽ có phân bố Rayleigh hoặc Ricean, tùy thuộc vào giá trị trung bình của các biến ngẫu nhiên I và Q Nếu giá trị trung bình của cả hai biến này bằng 0, thì hàm phân phối xác suất (PDF) của r sẽ có phân bố Rayleigh.

Nhiễu Gauss trắng cộng (AWGN) là mô hình nhiễu thường gặp trong hệ thống thông tin, dùng để mô tả các quá trình ngẫu nhiên xảy ra trong kênh truyền Các đặc tính chính của AWGN bao gồm khả năng ảnh hưởng đến tín hiệu truyền tải và tạo ra sự biến đổi ngẫu nhiên trong dữ liệu.

- Nhiễu có tính cộng: nghĩ à nhiễu của kênh truyền ược cộng thêm vào tín hiệu ượ ph t i, ở y nhiễu có tính ộc lập thống kê với tín hiệu

Nhiễu trắng là loại nhiễu có mật độ phổ công suất đồng nhất, tạo ra sự phân bố đều trong miền tần số Điều này dẫn đến việc tự tương quan của nhiễu trong miền thời gian bằng không, nghĩa là không có sự lệch thời gian nào khác xuất hiện.

- Nhiễu có phân bố Gauss hoặc phân bố chuẩn

Hầu hết các nhiễu trong hệ thống có đặc tính giống như mô hình kênh AWGN, do đó mô hình này là cách tiếp cận phổ biến để mô tả ảnh hưởng của nhiễu Mối quan hệ giữa đầu vào và đầu ra của kênh AWGN được thể hiện qua công thức r(t) = s(t) + n(t), trong đó n(t) là thành phần nhiễu trắng Gaussian với trung bình bằng 0, được cộng thêm vào tín hiệu đầu vào s(t).

Hình 2.8: Mô hình kênh AWGN

Trong mô phỏng hệ thống thông tin, thành phần nhiễu n(t) phụ thuộc vào loại mô hình mô phỏng tín hiệu đầu vào Đối với trường hợp mô hình suy hao, tín hiệu đầu vào s(t) là tín hiệu thực, và thành phần nhiễu AWGN n(t) được tạo ra cũng là tín hiệu thực, với hàm tự tương quan tương ứng.

Trong ó: E   à phép tính ỳ vọng trong thống ê Do ó mật ộ phổ ng suất ủ nhiễu n(t) ó thể thu ượ qu h i triển Fourier từ 2.5) và ó ượ :

Trong quá trình phân tích tín hiệu, tất cả các thành phần tần số trong ăng tần nhiễu đều được xem xét Đối với trường hợp mô phỏng tương ứng, tín hiệu đầu vào s(t) bao gồm tín hiệu chính và thành phần nhiễu AWGN n(t) Tín hiệu này được cấu thành từ hai thành phần thực và ảo, tương ứng với thành phần đồng pha và vuông pha, mỗi thành phần đều có hàm tự tương quan Thành phần nhiễu đồng pha và vuông pha tuân theo phân bố Gaussian và là quá trình ngẫu nhiên Do đó, mật độ phổ công suất N0 xác định mức độ nhiễu AWGN, và đây cũng là tham số đặc trưng của nhiễu AWGN, ảnh hưởng đến tỷ số tín hiệu trên nhiễu (SNR) trong kênh truyền.

Trong kênh AWGN, công suất tín hiệu đầu vào có thể được tính toán thông qua các phép tính thống kê Đối với tín hiệu đầu vào là tín hiệu ngẫu nhiên, công suất tín hiệu đầu vào sẽ được xác định từ giá trị SNR, mà cũng được sử dụng để mô tả mức độ nhiễu trong kênh Công suất nhiễu sẽ được rút ra từ giá trị SNR đã thiết lập trong kênh cùng với công suất tín hiệu đầu vào.

2.7.4 Hàm phân phối xác suất tí h lũ và hàm mật độ xác suất của biến ngẫu nhiên

Cho biến ngẫu nhiên X, hàm phân phối tí h ũy Cumu tive Distri ution

Function – CDF), hay còn gọi là hàm phân phối (Distribution Function) là:

Ta sẽ thấy hàm phân phối tí h ũy chứa mọi thông tin cần thiết của biến ngẫu nhiên, o ó à một khái niệm quan trọng

Các biến ngẫu nhiên được phân loại thành hai nhóm chính: rời rạc và liên tục, dựa trên miền giá trị mà biến ngẫu nhiên X có thể nhận Trong định nghĩa về biến ngẫu nhiên, chúng ta thường nói chung về giá trị của X nằm trong một khoảng nhất định, tuy nhiên, cụ thể hơn, chúng ta cần xác định rõ ràng các đặc điểm của từng loại biến.

Biến ngẫu nhiên X được gọi là rời rạc khi nó chỉ nhận các giá trị trong một tập hợp không nhất thiết phải hữu hạn Hàm mật độ xác suất (Probability Mass Function) của X mô tả xác suất mà biến này nhận được các giá trị cụ thể trong tập hợp đó.

Do tính chất của xác suất   X  x  nên ư ng nhiên [ ] và

∑ So sánh với ịnh nghĩ hàm CDF ở trên, húng t i thấy:

∑ (2.9) Chúng t i ũng ó ịnh nghĩ s u ành ho iến ngẫu nhiên liên tục:

Một biến ngẫu nhiên X gọi là liên tục nếu tồn tại hàm sao cho với mọi x, ∫ và với mọi :

MÔ HÌNH HỆ THỐNG

Hệ thống bao gồm hai nút và một nút chuyển tiếp R, như mô tả trong hình 3.1 Giả sử nút được trang bị một ăng ten, nhưng không thể kết nối trực tiếp do khoảng cách quá xa hoặc bị che chắn Nút này không có sẵn năng lượng, mà sẽ thu thập năng lượng từ nút chuyển tiếp R.

R sẽ nhận dữ liệu từ ể tiến hành giải mã Sau khi giải mã thành công, nút R truyền dữ liệu ến hai nút

: khe thời gian thứ nhất : khe thời gian thứ hai : khe thời gian thứ ba

Hình 3.1 Mô hình hệ thống mạng hai chiều với nút chuyển tiếp R cung cấp năng ượng

Dựa trên mô hình hệ thống, tại khe thời gian đầu tiên, nút R phát tín hiệu năng lượng đến hai nút với công suất xác định Tín hiệu thu được sẽ được biểu diễn theo công thức cụ thể.

Công suất phát tại nút R được xác định bởi hệ số kênh truyền và nhiễu Gaussian (AWGN) với trung bình bằng 0 và phương sai hiển thị năng lượng thu thập được tại nút.

, (3.2) Trong ó T à thời gian của một khe thời gian Ồ ÁN TỐT NGHIỆP 15

Chương 3: Mô hình hệ thống tập trung vào hiệu suất chuyển đổi năng lượng tại các nút Hai nút có cấu trúc tương tự nhau, do đó hiệu suất chuyển đổi năng lượng là hằng số, ký hiệu là Trong khe thời gian thứ hai, dữ liệu được truyền đến nút R sau khi thu thập năng lượng phát ra từ nút chuyển tiếp R Tín hiệu mà nút R nhận được được mô tả bởi công thức:

√ √ (3.3) Với lần ượt là công suất phát tại lần ượt là tín hiệu từ ph t ến R lần ượt là hệ số kênh truyền ở khe thời gian thứ 2

Công suất phát ạt ược từ năng ượng thu thập ược từ (3.2) trong khoảng thời gi n T ược mô tả b ng công thức

Tại nút R, tín hiệu được xử lý bằng phương pháp triệt can nhiễu tuần tự SIC Khi khoảng cách được thiết lập, R sẽ tiến hành giải mã tín hiệu trước và coi nó là can nhiễu Tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu tại R sau khi giải mã được xác định.

Tố ộ ạt ược tại R ể lấy là:

(3.8) Trong ó, hệ số nghĩ à tín hiệu truyền qua 3 khe thời gian

Từ công thức (3.3) nút chuyển tiếp R áp dụng phư ng ph p triệt can nhiễu tuần tự ể giải mã b ng cách loại bỏ can nhiễu √

Tín hiệu thu ược tại R sau khi loại bỏ can nhiễu có chứa là

√ (3.9) hi ó tỉ lệ tín hiệu trên nhiễu tại R giải mã là:

Do ó tố ộ ạt ược tại R ể lấy là: Ồ ÁN TỐT NGHIỆP 16

Chư ng 3: Mô hình hệ thống

(3.11) Trong ó, hệ số nghĩ à tín hiệu truyền qua 3 khe thời gian

Sau khi giải mã thành công, nút chuyển tiếp R sẽ tiến hành mã hóa gói tin b bằng phương pháp mã hóa mạng kỹ thuật số và truyền dữ liệu đã được mã hóa đến hai nút trong khe thời gian thứ 3.

Gói tin s u hi ược mã hóa mạng kỹ thuật số

Tín hiệu thu ược tại nút là:

√ , (3.13) hi ó, tỉ số tín hiệu trên nhiễu là:

Tố ộ ạt ược tại ể lấy là:

Khi nhận ược tín hiệu từ nút chuyển tiếp R Nút thực hiện thao tác so s nh ể tìm ược tín hiệu mong muốn

Giả s khi nhận ược từ R, sẽ thực hiện so sánh với ể tìm ra và thực hiện tư ng tự ối với

HIỆU NĂNG HỆ THỐNG

 X suất ừng tại nút xảy r trong trường hợp s u:

- Tố ộ ạt ược tại nút chuyển tiếp R ể giải mã nhỏ h n mứ ngưỡng giải mã

- Tố ộ ạt ược tại nút chuyển tiếp R ể giải mã lớn h n mứ ngưỡng giải mã nhưng tố ộ ạt ược tại nút chuyển tiếp R ể giải mã nhỏ h n mứ ngưỡng giải mã

- Tố ộ ạt ược tại nút chuyển tiếp R ể giải mã ều lớn h n mức ngưỡng giải mã Nhưng tố ộ ạt ược tại nút ể giải mã nhỏ h n mức ngưỡng giải mã

Xác suất dừng của hệ thống tại nút ược biểu thị b ng công thức:

Từ công thức (3.17) viết gọn lại thành:

Công thức (3.20) sẽ trở thành

Chư ng 3: Mô hình hệ thống hi ó ( ) là hàm phân phối tí h ũy ủa X và là hàm mật ộ xác suất của Y

Chư ng 3: Mô hình hệ thống ặt

 X suất ừng tại nút xảy r trong h i trường hợp s u:

- Tố ộ ạt ược tại nút chuyển tiếp R ể giải mã nhỏ h n mứ ngưỡng giải mã

- Tố ộ ạt ược tại nút chuyển tiếp R ể giải mã lớn h n mứ ngưỡng giải mã nhưng tố ộ ạt ược tại nút ể giải mã nhỏ h n mứ ngưỡng giải mã

Xác suất dừng của hệ thống tại nút ược biểu thị b ng công thức:

[ ] [ ] (3.38) Công thứ 3.) ược viết gọn lại thành

 tính và nhận ược kết quả tư ng tự như ng thức (3.19)

Chư ng 4: ết quả mô phỏng

4.1 THÔNG SỐ MÔ PHỎNG VÀ LƯU ĐỒ GIẢI THUẬT

4.1.1 Các thông số mô phỏng

Hình 4.1 Mô hình hệ thống mạng hai chiều với nút chuyển tiếp R cung cấp năng ượng trong mặt phẳng Oxy

Môi trường mô phỏng được thiết lập trên một mặt phẳng hai chiều Oxy, trong đó có hai nút nguồn cố định tại tọa độ (0, 0) và (1, 0) Nút chuyển tiếp R nằm ở giữa hai nút nguồn, với tọa độ được xác định là (x, y) trong không gian mô phỏng.

Từ tọ ộ nút, húng t i tính ược khoảng cách giữa nút chuyển tiếp với nguồn qua các công thức sau : ộ dài khoảng cách từ nút R ến nút chính b ng :

√ (4.1) ộ dài khoảng cách từ nút R ến nút :

Hiệu suất chuyển ổi năng ượng à 0.9 ộ suy giảm của mật ộ công suất (path_loss) là 3 Tỉ số tín hiệu trên nhiễu từ 0 ến 30 Ồ ÁN TỐT NGHIỆP 22

- Tỉ số tín hiệu trên nhiễu = 0:30

- Hiệu suất hu ển đổi năng l ợng

Hình 4.2 ưu ồ hư ng trình chính Ồ ÁN TỐT NGHIỆP 23