Đánh giá ảnh hưởng của nhiễu phần cứng đến hiệu năng mạng vô tuyến hợp tác

Đánh giá ảnh hưởng của nhiễu phần cứng đến hiệu năng mạng vô tuyến hợp tác Đánh giá ảnh hưởng của nhiễu phần cứng đến hiệu năng mạng vô tuyến hợp tác Đánh giá ảnh hưởng của nhiễu phần cứng đến hiệu năng mạng vô tuyến hợp tác Đánh giá ảnh hưởng của nhiễu phần cứng đến hiệu năng mạng vô tuyến hợp tác Đánh giá ảnh hưởng của nhiễu phần cứng đến hiệu năng mạng vô tuyến hợp tác

GIỚI THIỆU TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU HIỆN NAY

Từ đầu thế kỷ 20, công nghệ truyền thông không dây đã thay đổi cách sống và giao tiếp của chúng ta, và xu hướng này sẽ tiếp tục trong tương lai khi nhu cầu kết nối không dây gia tăng Mặc dù mạng 2G, 3G và 4G có những ưu điểm riêng, nhưng hạ tầng mạng hiện tại vẫn gặp phải hạn chế về dung lượng và vùng phủ sóng Để khắc phục vấn đề này, mạng truyền thông hợp tác đã được ứng dụng nhằm mở rộng vùng phủ sóng với chi phí hợp lý và tích hợp công nghệ mới vào viễn thông Trong những năm gần đây, truyền thông hợp tác trở thành chủ đề nóng tại các hội nghị và nghiên cứu, với hơn 3000 bài báo nghiên cứu hàng tháng, đồng thời cũng đề cập đến vấn đề nhiễu do phần cứng không hoàn hảo trong nhiều nghiên cứu trước đó.

TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI

Trong thập kỷ qua, sự phát triển của các hệ thống ăng-ten, đặc biệt là công nghệ MIMO, đã trở thành thành tựu quan trọng để đáp ứng nhu cầu kết nối dữ liệu ngày càng cao Mặc dù MIMO đã được triển khai trong các mạng WLAN và 4G, việc tích hợp vào thiết bị di động nhỏ gọn gặp nhiều thách thức do yêu cầu kích thước ăng-ten Để giải quyết vấn đề này, kỹ thuật tạo ra mảng ăng-ten ảo đã được phát triển, cho phép sử dụng sóng không dây tự nhiên từ các thiết bị lân cận Kế hoạch truyền thông hợp tác này giúp nâng cao chất lượng dịch vụ trong mạng không dây, cho phép các thiết bị hỗ trợ nhau trong việc khuếch đại và phát lại tín hiệu Ngoài ra, các nút chuyển tiếp chuyên dụng cũng có thể cải thiện độ tin cậy của việc truyền dữ liệu Tuy nhiên, mạng vô tuyến hợp tác vẫn phải đối mặt với vấn đề nhiễu do phần cứng không hoàn hảo, ảnh hưởng đến chất lượng liên kết Nghiên cứu này phát triển một mô hình giải tích mới nhằm cải thiện hiệu suất mạng bằng cách phản ánh chính xác các thông số vật lý và giảm thiểu độ phức tạp tính toán.

MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN VĂN

Mạng vô tuyến hợp tác và giao thức chuyển đổi thời gian (TSR) đóng vai trò quan trọng trong việc nâng cao hiệu suất mạng Bài viết này phân tích ảnh hưởng của nhiễu phần cứng đối với mạng vô tuyến hợp tác, nhằm cải thiện các chỉ số hiệu năng như thông lượng, độ trễ và tỷ lệ tổn thất gói tin Độ chính xác và hiệu quả của các đề xuất được xác định thông qua phân tích lý thuyết, tính toán số học và mô phỏng thực tế.

NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU

Để đạt được mục tiêu nghiên cứu, nhiệm vụ chính bao gồm: xác định các đặc tính cơ bản ảnh hưởng đến hiệu năng của mạng vô tuyến hợp tác; phân tích và tính toán các bài toán phức tạp dưới tác động của nhiễu để rút ra các công thức đơn giản; và thực hiện mô phỏng để kiểm tra tính chính xác và hiệu quả của các giải pháp đã đề xuất.

ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU

- Mạng vô tuyến hợp tác (mạng không dây), truyền thông đa chặng, truyền thông trong môi trường có nhiễu

Giao thức chuyển tiếp năng lượng bao gồm hai loại là TSR và PSR, tuy nhiên, bài viết này chỉ tập trung vào nghiên cứu giao thức TSR trong bối cảnh có giới hạn về độ trễ.

- Vẽ lưu đồ thuật toán và sử dụng ứng dụng Matlab để mô phỏng.

PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Học viên sử dụng các công cụ toán học như lý thuyết xác suất và nhiễu để xác minh tính đúng đắn về mặt lý thuyết cho các nhiệm vụ nghiên cứu Luận án áp dụng mô phỏng sự kiện rời rạc để kiểm chứng tính hợp lý của các đề xuất.

- Thu thập tài liệu, chọn lọc và phân tích các thông tin liên quan đến nội dung nghiên cứu của đề tài

- Nguyên cứu lý thuyết về kỹ thuật chuyển tiếp

- Sử dụng Matlab để mô phỏng đánh giá các thông số mạng chuyển tiếp hợp tác có nhiễu phần cứng và không có nhiễu phần cứng.

BỐ CỤC CỦA LUẬN VĂN

Các kết quả nghiên cứu và đóng góp mới của luận văn sẽ được trình bày trong các chương, mục theo cấu trúc sau:

Chương 1: Tổng quan Trong chương này sẽ trình bày tổng quan về tình hình nghiêncứu hiện nay, tính cấp thiết của đề tài: mục tiêu, nhiệm vụ, đối tượng và phạm vi, phương ph́áp nghiên cứu, bố cục của đồ án

Chương 2: Tổng quan lý thuyết Nội dung chương này sẽ trình bày về truyền thông hợp tác, bao gồm: truyền thông chuyển tiếp dòng đa chặng, truyền thông chuyển tiếp đa nhánh đa chặng và cơ hội chuyển tiếp trong truyền thông chuyển tiếp đa bước Giới thiệu về truyền thông trong môi trường có nhiễu

Chương 3: Giới thiệu mạng chuyển tiếp hợp tác Trong chương này giới thiệu một mạng hợp tác cơ bản là mạng hợp tác hai chặng, cho biết các cấu trúc cơ bản nhất của các mạng hợp tác được giới thiệu Tập trung nghiên cứu về mã hóa ngẫu nhiên lũy thừa lỗi (RCEE) Kết quả cơ bản về xác suất lỗi và xác suất dừng cho mạng hợp tác tương tự như mạng chuyển tiếp hai chặng cũng sẽ được trình bày Cuối cùng, chúng ta có thể lấy được kết quả công suất ergodic của một mạng sử dụng các biểu thức lũy thừa lỗi để thiết lập công thức về thông lượng thu được của mạng vô tuyến hợp tác sự dụng giao thức TSR

Chương 4: Giới thiệu về sơ đồ khối và tính toán công thức

Chương 5: Lưu đồ thuật toán và kết quả mô phỏng Chương 6: Kết luận và hướng phát triển.

GIỚI THIỆU LÝ THUYẾT MẠNG HỢP TÁC

Kỹ thuật chuyển tiếp đã được ứng dụng trong các hệ thống không dây sóng cực ngắn từ giữa thế kỷ 20 để truyền tín hiệu vô tuyến trên khoảng cách dài Nghiên cứu gần đây chỉ ra rằng các chiến lược chuyển tiếp, khi được áp dụng khác biệt trong việc chuyển tiếp sóng truyền thống, có thể nâng cao độ tin cậy của hệ thống không dây bị ảnh hưởng bởi fading đa đường và nhiễu Kỹ thuật truyền thông hợp tác đã chứng minh khả năng giảm thiểu đáng kể tác động của fading trong giao tiếp kênh Trong mô hình truyền thông hợp tác, các nút chuyển tiếp chuyên dụng thu thập tín hiệu và truyền lại đến nơi nhận theo một chiến lược chuyển tiếp đã được xác định Ví dụ, trong hình 2.1, hai người dùng U1 và U2 cố gắng liên lạc với các địa chỉ thu D1 và D2, trong đó U2 nhận tín hiệu từ U1 và sử dụng giao thức chuyển tiếp để truyền lại tín hiệu về U1.

Sự hợp tác giữa người sử dụng và các nút chuyển tiếp tạo ra nhiều nguồn ảo độc lập, giúp truyền tải thông tin tương tự như nút nguồn Điều này làm giảm xác suất lỗi khi giải quyết các bit thông tin tại người nhận Luận án này giả định rằng tất cả các nút hợp tác đều là các nút chuyển tiếp chuyên dụng.

Tùy thuộc vào cấu hình mạng và nguồn lực hiện có, ba phương pháp chuyển tiếp chính trong mạng hợp tác bao gồm khuếch đại và chuyển tiếp (AF), giải mã và chuyển tiếp (DF), cùng với nén và chuyển tiếp (CF) Những phương pháp này đóng vai trò quan trọng trong việc tối ưu hóa hiệu suất mạng.

U1 D1 D2 chuyển tiếp và giải mã và chuyển tiếp là giao thức được sử dụng rộng rãi nhất trong thực tế.

TRUYỀN THÔNG HỢP TÁC

Các kênh chuyển tiếp cổ điển lần đầu tiên được giới thiệu bởi Van der Meulen trong luận án tiến sĩ của ông vào năm 1971 Sau đó, Cover và Gamal đã mở rộng ba mô hình thiết bị đầu cuối của Van der Meulen cho bộ nhớ rời rạc và các kênh chuyển tiếp Gaussian suy thoái giả định Mạng chuyển tiếp hai chặng đóng vai trò là cấu trúc cơ bản trong chuyển tiếp kỹ thuật, được xem như một hình thức thông tin liên lạc vệ tinh cong giữa hai nút.

2.2.1 Phân bổ nguồn và lựa chọn chuyển tiếp

Giao thức phân bổ nguồn là một công cụ hiệu quả để tối ưu hóa hiệu suất mạng và chất lượng dịch vụ (QOS) trong mạng hợp tác, giúp kéo dài tuổi thọ mạng và giảm nhiễu Tuy nhiên, việc tối ưu hóa không chỉ dừng lại ở giao thức này; các chiến lược như chọn nút chuyển tiếp tốt nhất và kỹ thuật tạo chùm sóng cũng đóng vai trò quan trọng Tùy thuộc vào thông tin trạng thái kênh (CSI) tại nút chuyển tiếp, việc lựa chọn bộ chuyển tiếp có thể cải thiện hiệu suất mạng, và hai chiến lược này có thể được kết hợp Một trong những lựa chọn đáng chú ý là ý tưởng lựa chọn chuyển tiếp phân bố hoàn toàn của Bletsas, cho phép chọn bộ chuyển tiếp mà không cần CSI tập trung, chỉ cần ước lượng kênh trước và sau Nghiên cứu cho thấy lựa chọn chuyển tiếp có thể mang lại hiệu suất dừng tối ưu và vượt trội hơn so với chiến lược phân bổ nguồn về thông lượng hệ thống và xác suất dừng Nếu thông tin trạng thái kênh không có sẵn, một đề án lựa chọn tiếp một phần có thể được áp dụng, trong đó bộ chuyển tiếp tốt nhất được chọn dựa trên kênh chuyển tiếp sau của mạng.

Bài viết trình bày về việc áp dụng phương pháp AF trong kênh fading Rayleigh và Nakagami-m, trong đó tác giả đã tìm ra xấp xỉ SNR cao cho xác suất lỗi trong mạng hợp tác chuyển tiếp AF hai chặng Tất cả các kênh trong mạng được giả định là độc lập và phân bố kênh fading Rayleigh không giống nhau Một thuật toán phân bổ công suất tối ưu cũng được đề xuất để giảm thiểu xác suất lỗi dưới tổng công suất hạn chế Chiến lược lựa chọn tập hợp con bộ chuyển tiếp cho phép giảm đáng kể phản hồi tín hiệu trên không với chi phí hoạt động thấp Kết quả cho thấy lợi ích của các lựa chọn bộ chuyển tiếp tốt nhất và lựa chọn chuyển tiếp một phần, phụ thuộc vào loại tiếng ồn Beamforming cho phép truyền tải đồng thời trong nhiều mạng chuyển tiếp mà không tạo ra nhiễu, giảm tổng công suất sử dụng Nếu thông tin trạng thái kênh đã biết, beamforming có thể kết hợp với phân bổ nguồn để tối ưu hóa mạng Nghiên cứu cũng chỉ ra việc áp dụng vector beamforming tại nút nguồn trong hệ thống anten nhiều nguồn-đích, với các máy thu sử dụng thông số MRC Các biểu thức cho xác suất dừng và SNR end-to-end được phát triển cho các thông số Nakagami-m fading khác nhau Ngoài ra, các nghiên cứu đã áp dụng ý tưởng mã hóa không-thời gian (STBC) để tối ưu hóa thông lượng và đa dạng bộ chuyển tiếp, đạt được truyền đa dạng mà không cần kiến thức về CSI ở phía máy phát Tuy nhiên, việc thực hiện trong mạng hợp tác với nhiều hệ thống anten vẫn gặp phải nhiều thách thức.

Một hệ thống STBC yêu cầu một bộ ăng-ten truyền để phát tín hiệu mã qua các khoảng thời gian khác nhau Do đó, các hệ thống phân tán cần đảm bảo rằng một số lượng cố định các nút truyền sẽ tham gia vào quá trình chuyển tiếp tín hiệu.

Hình 2.1: Truyền dẫn chuyển tiếp theo hai hướng giai đoạn 1 h3 h

Hình 2.2:Truyền dẫn chuyển tiếp theo hai hướng giai đoạn 2

Vấn đề đồng bộ hóa tại máy thu là một thách thức lớn, đặc biệt khi các nút chuyển tiếp không nằm trong cùng một khu vực Một số nghiên cứu đã áp dụng mã không gian - thời gian phân bố tuyến tính tại các nút chuyển tiếp để đạt được sự đa dạng trong kênh fading Rayleigh Giao thức chuyển tiếp "chuyển tiếp hai chiều" sử dụng giao tiếp song công một nửa đã thu hút sự quan tâm lớn từ cộng đồng nghiên cứu, được giới thiệu lần đầu bởi Shannon Phương pháp này tận dụng tính chất sóng của mạng không dây, cho phép giảm thiểu lượng thông tin trao đổi giữa các giai đoạn chuyển tiếp và các nút nguồn Trong giai đoạn truyền 1, cả nguồn và đích cùng truyền tải thông tin, trong khi ở giai đoạn 2, bộ chuyển tiếp sẽ khuếch đại các tín hiệu nhận được và phát thông tin.

2.2.2 Giao thức chuyển tiếp năng lượng

Một giải pháp mới để kéo dài thời gian tồn tại của năng lượng trong các nút chuyển tiếp mạng không dây là khai thác tín hiệu tần số vô tuyến (RF) từ môi trường xung quanh để thu nhập năng lượng và đồng thời xử lý thông tin Trong nghiên cứu này, bộ khuếch đại và bộ chuyển tiếp mạng (AF) được sử dụng để thu nhận năng lượng từ tín hiệu RF, từ đó cung cấp năng lượng cần thiết cho việc chuyển tiếp thông tin từ nguồn đến đích Dựa trên thời gian chuyển đổi và cấu trúc phân chia năng lượng nhận được, hai giao thức chuyển tiếp cụ thể đã được đề xuất.

- Giao thức chuyển tiếp dựa trên chuyển đổi thời gian (TSR) : time switching- based relaying (TSR) protocol

- Giao thức chuyển tiếp dựa trên phân chia năng lượng (PSR) : power splitting- based relaying (PSR) protocol

Hai giao thức chuyển tiếp được đề xuất nhằm thu năng lượng và xử lý thông tin tại bộ chuyển tiếp Việc xác định này dựa trên biểu thức giải tích xác suất dừng và công suất ergodic, được phát triển cho các phương thức truyền dẫn chậm trễ giới hạn và chậm trễ có thể chấp nhận Chúng ta sẽ tập trung vào phương thức TSR, sẽ được trình bày chi tiết trong chương 3.

TRUYỀN THÔNG TRONG NHIỄU

Các mạng không dây, do bản chất của chúng, tạo ra nhiễu từ truyền đa đường, dẫn đến việc tạo ra nhiều bản sao của cùng một tín hiệu tại máy thu Máy thu được thiết kế để thu thập tất cả các tín hiệu đa đường, nhưng thuật ngữ nhiễu thường chỉ các tín hiệu không mong muốn từ thiết bị khác hoạt động trên cùng kênh truyền thông Trong thực tế, các thiết bị trong mạng đa thiết bị thường chia sẻ kênh với các thiết bị khác, và máy thu thông minh có khả năng phân tách các tín hiệu này Hơn nữa, các mạng như WiFi và Bluetooth có thể gây nhiễu lẫn nhau, đặc biệt trong các hệ thống truyền thông băng rộng hoạt động trong cùng khu vực Mô hình nhiễu trong các đồng kênh chủ yếu phụ thuộc vào các yếu tố vật lý như sự phân bố không gian của nhiễu, fading kênh và công suất của nhiễu.

Một khuôn khổ toán học đã được phát triển để nghiên cứu mạng có nút nhiễu phân bố theo quá trình Poisson và hoạt động không đồng bộ trong môi trường không dây Đặc điểm xác suất của nhiễu trong mạng do các nút khác tạo ra đã được phân tích Ngoài ra, các mô hình nhiễu cho mạng vô tuyến nhận thức cũng được nghiên cứu, tập trung vào phân bố thống kê của nhiễu từ thiết bị thứ cấp và tác động của các đặc tính truyền sóng không dây đến phân bố này.

Hình 2.4: Nhiễu trong mạng không dây

Tx và Rx đại diện cho máy phát và máy thu, trong khi các nút khác trên mặt phẳng được coi là các nguồn nhiễu Những nguồn nhiễu nằm bên trong vòng tròn là những nhiễu có công suất truyền đủ lớn để ảnh hưởng đến máy thu Rx.

Phân bố thống kê của nhiễu băng tần siêu rộng (UWB) tại vị trí bất kỳ trong mặt phẳng hai chiều được phân tích nhằm xác định xác suất lỗi trong hệ thống băng hẹp Các mô hình thống kê đã được phát triển cho mạng một nguồn - đích, bao gồm mô hình hiệu quả cho mạng đơn chặng trong điều kiện nhiễu Tác giả đã xây dựng một khuôn khổ toán học với các nhiễu phân bố ngẫu nhiên theo quá trình Poisson, từ đó đưa ra xác suất lỗi và xác suất dừng dựa trên các yếu tố như SNR của máy thu, tỷ lệ nhiễu trên tiếng ồn (INR), suy hao đường số mũ và mật độ không gian của nhiễu Ngoài ra, nghiên cứu cũng đề cập đến phân tích công suất của mạng trong điều kiện có nhiễu và tiếng ồn, cùng với mật độ phổ công suất của nhiễu tổng hợp Mô hình thống kê cho mạng nhiễu được áp dụng cho kênh SIMO, với các mô hình cho SNR hoặc SINR của máy thu sử dụng kết hợp tỷ số cực đại (MRC) Mặc dù mạng hợp tác cố gắng giảm thiểu nhiễu bằng cách giả định phân bổ kênh trực giao, nhưng vấn đề nhiễu sóng trong mạng hợp tác vẫn được nghiên cứu một cách sâu rộng.

Máy thu kết hợp tỷ số cực đại hoạt động hiệu quả trong AWGN và kênh fading, nhưng hiệu suất tối ưu chỉ đạt được khi sử dụng máy thu kết hợp tối ưu MRC có thể hoạt động chỉ với ước lượng kênh tín hiệu mà không cần biết CSI của nhiễu Một nghiên cứu đã phân tích PDF và CDF của tín hiệu nhận trong hệ thống hạn chế nhiễu cho MRC với kênh fading Rayleigh và Rician phân bố độc lập Kết quả cho thấy xác suất dừng được xác định trong hệ thống nhiễu với mối tương quan giữa kênh fading Rayleigh giả định cân bằng và công suất nhiễu không cân bằng Fading ảnh hưởng đến các thiết bị với ma trận hệ số tương quan giống hệt nhau, và xác suất lỗi cùng xác suất dừng trong mạng lưới công suất nhiễu cân bằng trên kênh fading Nakagami - m cũng đã được nghiên cứu Winters et al đã chỉ ra rằng xác suất lỗi trong kênh fading Rayleigh sử dụng máy thu kết hợp tối ưu cho thấy hệ thống hạn chế nhiễu với công suất nhiễu đồng đều lớn hơn số anten thu là chấp nhận được, từ đó đưa ra các xác suất lỗi bit (BEP) trong mạng.

Hình 2.5: Mạng chuyển tiếp hai chặng trong sự hiện diện của nhiễu với sự đa dạng liên kết

Trong nghiên cứu này, các tác giả đã phân tích một mạng lưới hợp tác trong môi trường nhiễu với một nguồn - đích duy nhất thông qua bộ chuyển tiếp DF, trong đó các kênh fading (SR và RD) và các kênh nhiễu là độc lập và phân bố giống nhau (iid) Họ đã phát triển CDF của tỷ lệ nhiễu (SIR) dựa trên giả định về mạng hạn chế nhiễu và kết luận nghiên cứu với các đánh giá số về ảnh hưởng của nhiễu lên mạng chuyển tiếp Một phân tích hiệu suất thực nghiệm cũng được thực hiện, nghiên cứu tỷ lệ lỗi bit (BER) cho mạng truy cập chuyển tiếp đa điểm với các nút trang bị nhiều ăng-ten Sử dụng STBC tại các nút chuyển tiếp để truyền tín hiệu, nghiên cứu cũng đề xuất chiến lược "IC-Relay-TDMA" nhằm loại bỏ nhiễu tại nút chuyển tiếp Hệ thống nhiễu hạn chế được phân tích với các giao thức chuyển tiếp DF trong kênh fading Rayleigh, chia các nút hợp tác thành các khu vực khác nhau và định lượng mối quan hệ giữa bán kính khu vực hợp tác và mức độ nhiễu Chiến lược lựa chọn chuyển tiếp cho mạng nhiễu hợp tác được thảo luận, cho thấy rằng khi có CSI tại nguồn và các nút chuyển tiếp, beamforming có thể được áp dụng để cải thiện hiệu quả quang phổ và giảm thiểu nhiễu có hại trong truyền hợp tác.

Mô hình lớp vật lý cho mạng chuyển tiếp hợp tác trong môi trường nhiễu đã được nghiên cứu kỹ lưỡng Nghiên cứu tập trung vào trường hợp chỉ các nút chuyển tiếp chịu ảnh hưởng của nhiễu trong mạng nhiễu hạn chế, trong khi nút thu nhận tín hiệu không bị nhiễu Các nút chuyển tiếp có khả năng ước lượng CSI tức thời của kênh nhiễu với độ chính xác cao Bộ chuyển tiếp AF với độ lợi cố định và nhiễu hạn chế được phân tích cho kênh fading Nakagami-m Bài viết cũng trình bày xác suất dừng và BER trung bình cho cả hai trường hợp nhiễu tự do và nhiễu giới hạn tại điểm đến, cùng với kết quả gần đúng cho xác suất dừng.

Các thông số độ lợi của bộ chuyển tiếp AF yêu cầu tính toán bổ sung tại các nút chuyển tiếp, đặc biệt khi có nhiễu kênh không được biết đến Kỹ thuật này không khả thi trong một số trường hợp do tín hiệu nhiễu không nhận thức được sự chuyển tiếp ưu tiên Ngoài ra, nhiều nghiên cứu trước đó đã xem xét mạng hợp tác với nhiễu hạn chế Hiệu suất dừng của mạng hai chặng đã được phân tích khi sử dụng bộ chuyển tiếp cố định, với độ lợi bộ chuyển tiếp AF giả định trong điều kiện nhiễu tùy ý.

Hệ thống này được mô phỏng như một mạng mà trong đó nhiễu có công suất tiếng ồn không đáng kể so với nhiễu tín hiệu Bài viết trình bày dạng kín PDF và CDF của tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu (SIR) Việc giảm thiểu tiếng ồn trong hệ thống nhận tạo cơ hội để biểu diễn một số tích phân cần thiết nhằm thu được CDF và PDF ở định dạng chuẩn Nghiên cứu cũng xem xét xác suất dừng sử dụng chuyển tiếp DF trong kênh fading Nakagami-m, với giả định rằng đích đến phải đối mặt với một lượng nhiễu đáng kể, trong khi tiếng ồn được coi là không đáng kể Các biểu thức thống kê, PDF và CDF của bộ nhận SNR tương ứng đã được phát triển.

KẾT LUẬN CHƯƠNG 2

Trong chương này, các kết quả đã chỉ ra rằng mạng hợp tác trong môi trường nhiễu chủ yếu được nghiên cứu trong hệ thống hai chặng với nhiễu hạn chế Nhiều nghiên cứu đã xem xét mạng chuyển tiếp có độ lợi cố định hoặc bộ chuyển tiếp hỗ trợ CSI, sử dụng thông tin từ cả kênh nhiễu và kênh nguồn-bộ chuyển tiếp Việc áp dụng giả thuyết bộ chuyển tiếp cũng đã được thảo luận.

Bài viết này nghiên cứu về xác suất dừng cho bộ chuyển tiếp DF và AF trong kênh fading Rayleigh Nhiễu được xem xét ảnh hưởng đến cả bộ chuyển tiếp và điểm nút với công suất phát tùy ý.

MÔ HÌNH HỆ THỐNG

Hình 3.1: Mô hình hệ thống cho bộ chuyển tiếp bị hạn chế năng lượng hỗ trợ thông tin liên lạc giữa một nguồn và một nút đích

Hệ thống truyền thông không dây chuyển thông tin từ nút nguồn S đến nút đích D thông qua nút chuyển tiếp R với năng lượng hạn chế Hình 1 minh họa các mô hình hệ thống đang được xem xét Độ lợi kênh fading từ nguồn đến các relay và từ relay đến các nút đích được ký hiệu lần lượt là h và g Khoảng cách từ nguồn đến các relay là l1 và từ relay đến các nút đích là l2 Bài viết này sẽ xem xét các thiết lập giả định liên quan đến hệ thống này.

Hình 3.2: Minh họa các thông số quan trọng trong giao thức TSR cho thu nhậpnăng lượng và xử lý thông tin tại các relay

Hình 3.3 Sơ đồ khối của các máy thu chuyển tiếp trong giao thức TSR

Giao thức chuyển tiếp dựa trên chuyển đổi thời gian (TSR) : time switching- based relaying protocol bị ảnh hưởng của nhiễu do phần cứng không hoàn hảo

Hình 3.2 mô tả các thông số chính trong giao thức TSR liên quan đến thu thập năng lượng và xử lý thông tin tại bộ chuyển tiếp Trong đó, T đại diện cho thời gian khối, trong khi α là phần thời gian khối dùng để thu thập năng lượng từ tín hiệu nguồn, với điều kiện 0≤ α ≤ 1 Thời gian còn lại, (1 - α)T, được sử dụng để truyền thông tin, chia đều thành hai phần, mỗi phần (1 − α) T / 2, dành cho nguồn và cho việc chuyển tiếp thông tin đến đích Tất cả năng lượng thu thập trong giai đoạn này sẽ được sử dụng để chuyển tiếp tín hiệu đến đích Sự lựa chọn giá trị α ảnh hưởng đến thông lượng đạt được tại các điểm đến, và các phần tiếp theo sẽ phân tích chi tiết về thu thập năng lượng và xử lý thông tin tại nút chuyển tiếp.

NHIỄU DO KÊNH TRUYỀN TRONG MẠNG VÔ, TUYẾN HỢP TÁC

Cường độ tín hiệu trong mọi môi trường truyền đều giảm theo khoảng cách, thường theo quy luật hàm logarit trong các đường truyền có định tuyến Trong môi trường không định tuyến, sự suy giảm tín hiệu phụ thuộc vào khoảng cách, áp suất không khí, cũng như các yếu tố như mưa, mù và khí hậu Sự suy giảm tín hiệu này ảnh hưởng đến nhiều yếu tố quan trọng.

- Tín hiệu tại điểm thu phải đủ lớn để máy thu có thể phát hiện và khôi phục tín hiệu

- Tín hiệu nhận được tại điểm thu phải đủ lớn để máy thu có thể phát hiện và khôi phục không bị sai lỗi

- Độ suy giảm thường là một hàm tăng theo tần số

Hình 3.4 Biểu đồ suy hao tín hiệu do môi trường truyền dẫn

Nhiễu trắng là một tín hiệu ngẫu nhiên với mật độ phân bố công suất đồng đều trong toàn bộ băng thông, nghĩa là công suất của tín hiệu này là như nhau ở mọi tần số Tên gọi "nhiễu trắng" xuất phát từ đặc tính tương tự của nó với ánh sáng trắng.

Chúng ta không thể tạo ra nhiễu trắng theo lý thuyết do đặc điểm của nó là có mật độ phổ công suất phân bố trong khoảng tần số vô hạn, dẫn đến công suất vô hạn Tuy nhiên, trong thực tế, việc tạo ra nhiễu trắng chỉ cần giới hạn trong băng tần của hệ thống đang được nghiên cứu.

Hình 3.5 Nhiễu trắng 3.2.3 Nhiễu liên ký tự ISI (Inter symbol interference)

Trong môi trường truyền dẫn vô tuyến, nhiễu xuyên ký tự (ISI) xuất phát từ tín hiệu phản xạ có thời gian trễ khác nhau từ nhiều hướng là điều không thể tránh khỏi Sự ảnh hưởng này gây ra biến dạng mẫu tín hiệu, khiến bên thu không thể khôi phục tín hiệu gốc ban đầu.

3.2.4 Nhiễu liên kênh ICI (Interchannel Interference)

Nhiễu xuyên kênh xuất hiện khi các thiết bị phát tín hiệu trên các kênh liền kề gây can nhiễu cho nhau Hiện tượng này thường do tín hiệu truyền trên kênh vô tuyến bị dịch tần, dẫn đến việc tín hiệu bị ảnh hưởng sang các kênh lân cận Để giảm thiểu nhiễu xuyên kênh, cần thiết phải thiết lập khoảng bảo vệ (guard band) giữa các dải tần.

Hình 3.6 Nhiễu xuyên kênh giữa hai sóng mang kề nhau

3.2.5 Nhiễu đồng kênh (Co-Channel Interference)

Nhiễu đồng kênh xảy ra khi hai máy phát hoạt động trên cùng một tần số hoặc kênh, gây ra hiện tượng máy thu nhận được cả hai tín hiệu Cường độ tín hiệu mà máy thu nhận được sẽ phụ thuộc vào vị trí của nó so với hai máy phát.

Nhiễu đồng kênh là một vấn đề phổ biến trong hệ thống thông tin số cellular, xảy ra khi các cell sử dụng cùng một kênh tần số nhằm tăng hiệu suất sử dụng phổ Điều này dẫn đến nhiễu gây ảnh hưởng đến chất lượng tín hiệu trong hệ thống.

Nhiễu đồng kênh trong mạng GSM liên quan đến việc sử dụng tần số, trong đó mỗi trạm BTS được cấp phát một nhóm tần số vô tuyến riêng biệt Các trạm thu phát gốc lân cận sẽ nhận các nhóm kênh vô tuyến không trùng lặp với các kênh của BTS liền kề Đặc trưng của nhiễu này là tỉ số sóng mang trên nhiễu (C/I), được định nghĩa là cường độ tín hiệu mong muốn so với cường độ tín hiệu nhiễu sau khi lọc cao tần, phản ánh mối quan hệ giữa cường độ tín hiệu mong muốn và nhiễu đồng kênh từ các BTS khác.

Một số giải pháp để hạn chế loại nhiễu đồng kênh trong các hệ thống cellular như sau:

- Không thể dùng bộ lọc để loại bỏ giao thoa này do các máy phát sử dụng cùng một tần số

- Chỉ có thể tối thiểu hóa nhiễu đồng kênh bằng cách thiết kế mạng cellular phù hợp

Thiết kế mạng di động cần đảm bảo rằng các cell sử dụng cùng nhóm tần số không gây ảnh hưởng lẫn nhau, do đó khoảng cách giữa các cell cùng tần số phải được duy trì ở mức đủ lớn.

3.2.6 Nhiễu đa truy nhập (Multiple Access Interference)

Nhiễu đa truy nhập xảy ra khi tín hiệu từ nhiều người dùng giao thoa, gây ảnh hưởng trực tiếp đến dung lượng của hệ thống.

Trong các hệ thống đa truy nhập:

TDMA (Đa truy nhập phân chia theo thời gian) là một phương pháp cho phép nhiều người dùng chia sẻ băng tần bằng cách phân chia thời gian Tuy nhiên, sự không đồng bộ giữa các tín hiệu có thể dẫn đến giao thoa giữa các khe thời gian, do đó cần thiết phải có khoảng bảo vệ (guard time) để giảm thiểu xác suất giao thoa Tuy nhiên, việc sử dụng khoảng bảo vệ cũng làm giảm hiệu suất sử dụng phổ.

FDMA (Đa truy nhập phân chia theo tần số) gặp phải các hiệu ứng Doppler, gây ra sự dịch chuyển phổ tần số Điều này dẫn đến hiện tượng giao thoa giữa các dải tần con Guard band, làm tăng xác suất giao thoa giữa các kênh kề nhau và giảm hiệu suất sử dụng phổ.

- CDMA: Đa truy nhập phân chia theo mã : Trong CDMA người ta sử dụng tính trực giao của mã nên hầu như không có nhiễu giữa các user

- DS CDMA: Đa truy nhập phân chia theo mã chuỗi trực tiếp

3.2.7 Hiện tượng fading đa đường (Multipath-Fading)

Trong mạng vô tuyến chuyển tiếp đa chặng thì fading đa đường là vấn đề quan trọng cần được nghiên cứu và hạn chế hiện tượng này

Multipath-Fading là hiện tượng phổ biến trong truyền thông không dây, xảy ra do hiện tượng đa đường (Multipath) Hiện tượng này dẫn đến suy giảm cường độ và xoay pha tín hiệu (fading) khác nhau theo thời gian và tần số.

Tín hiệu RF khi truyền qua kênh vô tuyến sẽ trải rộng trong không gian và va chạm với các vật cản như xe cộ, nhà cửa, công viên, sông, núi, biển, dẫn đến hiện tượng phân tán tín hiệu.

- Phản xạ (reflection): khi sóng đập vào các bề mặt bằng phẳng

Tán xạ là hiện tượng xảy ra khi sóng va chạm với các bề mặt không bằng phẳng và các vật này có kích thước tương đương với chiều dài bước sóng.

- Nhiễu xạ (diffraction): khi sóng va chạm với các vật có kích thước lớn hơn nhiều chiều dài bước sóng

Hình 3.7 Các hiện tượng xảy r trong quá trình truyền sóng

Khi sóng va chạm vào các vật cản sẽ tạo ra vô số bản sao tín hiệu, một số bản sao này sẽ tới được máy thu

Hình 3.8 Tín hiệu tới phía thu theo L đường

Tín hiệu tại máy thu là tổng của tất cả các bản sao này, tùy thuộc vào biên độ và pha của các bản sao:

- Tín hiệu thu được tăng cường hay cộng tích cực (constructive addition) khi các bản sao đồng pha

- Tín hiệu thu bị triệt tiêu hay cộng tiêu cực (destructive addition) khi các bản sao ngược pha

NHIỄU DO PHẦN CỨNG

3.3.1 Nhiễu do chất lượng thiết kế bo mạch in

Mạch in trong các thiết bị vô tuyến thông tin thường có tần số khá lớn nên rất dễ gây ra các vấn đề về nhiễu

Nhiễu do các loại đường truyền dẫn tín hiệu :

Phối hợp trở kháng trong đường truyền là yếu tố quan trọng, vì sự không đồng đề giữa trở kháng nguồn (Zs), trở kháng mạch (Z0) và trở kháng tải (ZL) có thể dẫn đến nhiễu Việc đảm bảo sự tương thích giữa các trở kháng này giúp giảm thiểu các vấn đề về nhiễu trong hệ thống truyền dẫn.

3.3.2 Nhiễu do nguồn cung cấp

Nhiễu nguồn cung cấp có thể xuất phát từ nhiều nguyên nhân, nhưng hai nguyên nhân chính bao gồm nhiễu nội tại của nguồn và nhiễu do phân bố điện áp không hợp lý trên bo mạch.

Các linh kiện bên ngoài được điều khiển qua các đầu ra, tạo ra điện dung tại tải Điện dung này nạp một điện tích Q = V.C, do đó, khi số lượng đầu ra tăng và dung kháng tải cao, điện áp sẽ tiêu tốn nhiều hơn để nạp cho các tụ điện.

Hầu hết các nghiên cứu về mất cân bằng pha đồng bộ và mất cân bằng pha vuông (IQI) đã tập trung vào việc tối ưu hóa hiệu suất và bù đắp băng tần cơ sở cho các hệ thống thông tin liên lạc.

Trong quá trình điều chế, tác động của Inter-Channel Interference (IQI) trên các hệ thống chuyển tiếp là rất đáng kể Nghiên cứu trong [22] phân tích xác suất trung bình lỗi biểu tượng (SEP) trên kênh fading Rayleigh, tập trung vào chuyển tiếp Amplify-and-Forward (AF) với sự hiện diện của IQI tại nút đích Các ảnh hưởng của IQI ở cả nguồn và đích đến Relay đã được xem xét kỹ lưỡng Do phần cứng của các nút chuyển tiếp thường có chi phí thấp, chất lượng của chúng cũng có thể không đảm bảo Nghiên cứu này đã xây dựng một cái nhìn tổng quan về ảnh hưởng của IQI tại nút relay trong bối cảnh tần số trực giao phân chia chuyển tiếp.

AF trong 2 Relay Các kết quả phân tích được giới hạn trong Rayleigh fading đa đường

Bài báo [22] đã xác định các giới hạn hiệu suất cơ bản của chuyển tiếp Relay bị ảnh hưởng bởi IQI Để hiểu rõ hơn về tác động của các thông số IQI, như biên độ và giai đoạn không phù hợp, chúng ta xem xét các chế độ SNR cao Các OP tiệm cận và biểu hiện khả năng ergodic cho thấy IQI có ảnh hưởng đáng kể đến nhiễu nút chuyển tiếp.

Hình 3.10 IQI tại Relay trong chuyển tiếp AF

Trong giai đoạn 1, thông tin được truyền từ các nguồn đến Relay Tiếp theo, trong giai đoạn 2, các nút chuyển tiếp sẽ khuếch đại tín hiệu nhận được và gửi đến nút đích.

RF của nguồn và đích được cho là hoàn hảo Trong bài báo [22], tập trung vào tác động của IQI tại relay

IQI được mô hình hóa qua các giai đoạn do sự mất cân bằng biên độ giữa các tín hiệu I và Q tại máy thu phát Bài viết này tập trung vào mô hình IQI không đối xứng, trong đó nguồn và đích được giả định là lý tưởng.

Hình 3.11 Xác xuất dừng với các tỉ số SNR khác nhau

MẠNG THU THẬP NĂNG LƯỢNG

Sơ đồ khối cho bộ thu chuyển tiếp trong giao thức TSR được minh họa trong hình 3.3 Tín hiệu RF, y(t), nhận được tại nút chuyển tiếp sẽ được gửi đến bộ nhận thu thập năng lượng trong thời gian αT, sau đó tiếp tục đến bộ nhận thông tin trong thời gian (1 - α)T/2.

Chú ý rằng tín hiệu RF, y t ( )bị hỏng bởi nhiễu Gaussian băng hẹp, n ! a r

( ) t , được cho dùng bởi ăn-ten thu ([ ] r , ví dụ, với nhiễun ! a

Nhiễu ở nút chuyển tiếp được chỉ rõ bởi v(t), là kết quả của phần cứng không hoàn hảo Bộ nhận thu thập năng lượng chính thu tín hiệu RF và cung cấp dòng điện trực tiếp để sạc pin Như hình 3.3 đã trình bày, tín hiệu thu được tại nút chuyển tiếp y_r(t) được biểu diễn bởi công thức: y_r(t) = 1/l * 1/m * P_s * h_s * s(t) + v(t) + n.

Độ lợi kênh truyền từ nguồn đến chuyển tiếp được ký hiệu là h, trong khi l1 đại diện cho khoảng cách giữa nguồn và chuyển tiếp Công suất phát từ nguồn được ký hiệu là Ps, và m là số mũ thể hiện phần thất thoát Tín hiệu thông tin từ nguồn được chuẩn hóa là s(t), với điều kiện E{s(t)²} = 1, trong đó E{} là toán tử kỳ vọng và |.| là toán tử trị tuyệt đối.

Sử dụng (1), năng lượng thu thập, E hs trong suốt thời gian thu thập năng lượng αT được cho bởi [6]

Với 0 ≤η ≤ 1 là hiệu suất chuyển đổi năng lượng mà phụ thuộc vào quá trình chỉnh lưu và mạch thu thập năng lượng

Hình 3.3 mô tả quá trình tiếp nhận thông tin và chuyển đổi tín hiệu RF xuống băng gốc Trong quy trình này, tín hiệu băng gốc bị ảnh hưởng bởi nhiễu 𝑛 ! ! (𝑡) từ băng tần, ảnh hưởng đến chất lượng tín hiệu cuối cùng.

RF để chuyển đổi tín hiệu băng gốc Sau khi chuyển đổi xuống, tín hiệu băng gốc lấy mẫu tại nút chuyển tiếp 𝑦 ! (𝑘), được cho bởi y r ( ) k = 1 l

Với k là chỉ số mẫu, s(k) đại diện cho tín hiệu thông tin chuẩn hóa và lấy mẫu từ nguồn Nhiễu Gaussian trắng (AWGN) được thêm vào băng gốc bởi ăng-ten thu tại nút chuyển tiếp, trong khi n(t) là mẫu AWGN từ băng RF để chuyển đổi tín hiệu băng gốc Ngoài ra, v(k) là nhiễu do phần cứng không hoàn hảo Tín hiệu nhận được sẽ được khuếch đại và tín hiệu truyền đi từ bộ chuyển tiếp được mô tả bởi công thức: x_r(k) = P_r * y_r(k).

Với các hệ số trong mẫu số, P s h s

2 là hệ số hạn chế công suất tại bộ chuyển tiếp, 2 [ ] r n a σ và 2 [ ] r n c σ là biến số của AWGN, n [ ] a r ( ) k và n [ ] c r ( ) k tương ứng, và

Công suất phát từ nút chuyển tiếp phụ thuộc vào lượng năng lượng thu thập được trong thời gian thu thập Các nút này có thể bị giới hạn công suất bởi tín hiệu nhận được Tín hiệu thu tại đích, được ký hiệu là y_d(k), có thể được biểu diễn bằng công thức: y_d(k) = (1/l) * (2 * m * h_d * x_r(k) + n_a[d](k) + n_c[d](k)).

Với n [ ] a d ( ) k và n [ ] c d ( ) k là nhiễu ăng-ten, AWGN chuyển đổi tại nút đích, tương ứng và g là độ lợi kênh chuyển đổi đích Thay (3.4) vào (3.5), ta có y d ( ) k = h d P r l 1 m y r ( ) k l 2 m P s h s 2 +l 1 m σ n a ⎡ ⎣ r ⎤ ⎦

Cuối cùng, thay y k r ( ) vào (3.3) trong (3.6), y k d ( )được cho bởi y d ( ) k = P r P s h s h d s k ( ) l 2 m P s h s 2 +l 1 m σ n ⎡ ⎣ r ⎤ ⎦

Với n ⎡ ⎣ r ⎤ ⎦ ( ) k ! n a ⎡ ⎣ d ⎤ ⎦ ( ) k + n c ⎡ ⎣ d ⎤ ⎦ ( ) k và n ⎡ ⎣ d ⎤ ⎦ ( ) k ! n a ⎡ ⎣ d ⎤ ⎦ ( ) k + n c ⎡ ⎣ d ⎤ ⎦ ( ) k là AWGN tổng tại bộ chuyển tiếp và nút đích, tương ứng vàσ n ⎡ ⎣ r ⎤ ⎦

2 Dùng E hs trong (2), công suất truyền từ nút chuyển tiếp, Pr được cho bởi [1]

Theo (3.8), giao tiếp chuyển tiếp cùng với nút đích diễn ra trong khoảng thời gian (1 − α) T / 2, như thể hiện trong hình 3.2 Khi thay thế giá trị của Pr từ (3.8) vào (3.7), tín hiệu thu tại đích y_d(k) có thể được biểu diễn theo các tham số Ps, η, α, l1 và l2, cụ thể là y_d(k) = 2 η h_s.

Sử dụng (3.9), SNR tại nút đích, { ( ) }

Trong phần tiếp theo, thông lượng 𝜏 được xác định tại các nút đích, dựa vào bộ nhận SNR, γ D trong (10), áp dụng cho cả phương thức truyền dẫn với độ trễ có giới hạn và độ trễ chống chịu.

Trong chế độ truyền tải chậm trễ có giới hạn, thông lượng được xác định thông qua xác suất dừng, p out, với tốc độ truyền tải nguồn cố định là R bits / sec / Hz Cụ thể, R!log 2 (1+γ 0), trong đó γ 0 là giá trị ngưỡng SNR cần thiết để phát hiện dữ liệu chính xác tại các điểm đến.

Như vậy, p out được cho bởi p out = p ( γ D < γ 0 ) (3.11)

Với γ 0 =2 R −1 Các biểu thức phân tích cho việc p out được đưa ra trong các công thức sau

(3.12) Với các yếu tố trong mẫu số c h s 4 − d h s 2 có thể là dương hoặc âm , p out được cho bởi: p out = p c h⎛ s 4 −d h s 2

Trong trường hợp =1 của (3.13), khi h s 2 > d c, thì c h s 4 - d h s 2 sẽ là một số âm, dẫn đến xác suất của h d 2 lớn hơn 1 so với các số âm Theo (3.13), p out được xác định bởi công thức p out = f h s 2 z=0 d /c.

Với z là biến tích hợp, f h s 2 ( ) z ! λ 1 h e − z/λ hs là hàm mật độ xác suất (PDF) của biến ngẫu nhiên theo hàm mũ h h s

2, λ hs là giá trị trung bình của biến ngẫu nhiên theo hàm mũ h s 2 , F h d 2 ( ) z ! p h ⎛ ⎝ ⎜ d 2 < z ⎞ ⎠ ⎟ = 1 − e −z/λ hd là hàm phân phối tích lũy (CDF) của biến ngẫu nhiên theo hàm mũ h d

2và λ hd là giá trị trung bình của biến ngẫu nhiên theo hàm mũ

.Thay f h s 2 ( ) z ! λ 1 h e −z/λ hs trong (3.14),p out sẽ là: p out = 1 − 1 λ h s e

Bài viết trình bày các dạng phân tích cho các giao thức TSR, như đã nêu trong Định luật 1 Việc tích hợp trong (A.4) rất đơn giản Tuy nhiên, có thể áp dụng một xấp xỉ SNR cao để có được dạng đơn giản hơn cho p out Ở mức SNR cao, yếu tố thứ tư trong mẫu số của (10) trở nên không đáng kể so với ba yếu tố còn lại, nhờ vào các sản phẩm của hai thuật ngữ phương sai tiếng ồn.

Nói cách khác, tại SNR cao, hằng số b có thể được xấp xỉ bằng 0, do đó b=γ 0 (1−α) l 1 2m l 2 m σ n ⎡ ⎣ d ⎤ ⎦

2 ≈0.Như vậy, p out trong (A.4) có thể được xấp xỉ như p out ≈ 1 − 1 λ h s e

Chúng ta hãy xác định một biến tích hợp mới x ! cz − d Như vậy, xác suất dừng xấp xỉ tại SNR cao được cho bởi: p out ≈ 1 − e

K1 (ã) là biến đổi đầu tiờn của hàm Bessel của loại thứ hai [21] và dấu bằng trước thu được bằng cách sử dụng các công thức, e − β 4x −γ x dx= β

Mệnh đề 1: Xác suất dừng tại nút đích cho các giao thức TSR được cho bởi: p out = 1 − 1 λ h s e

Giá trị trung bình của các biến ngẫu nhiên theo cấp số nhân h s 2 và h d 2 được ký hiệu là λ hs và λ hs Biến đổi đầu tiên của hàm Bessel loại thứ hai được biểu diễn bằng K 1.

Mệnh đề 1 đề cập đến xác suất dừng tại các điểm đến khi bộ chuyển tiếp năng lượng thu nhận tín hiệu và sử dụng năng lượng đó để chuyển tiếp tín hiệu đến đích Xác suất dừng, như được mô tả trong (3.12), là hàm của thời gian thu nhận năng lượng α và giảm khi α tăng từ 0 đến 1 Điều này xảy ra vì giá trị α lớn hơn dẫn đến nhiều lần truyền tải điện năng tại các bộ chuyển tiếp, từ đó làm giảm xác suất ngắt Giả sử máy phát truyền dẫn R bit / sec / Hz và thời gian truyền dẫn hiệu quả là (1-α) T / 2 từ nút nguồn đến nút đích trong khối thời gian T giây, như thể hiện trong hình 2 (a), thì Ω tại điểm đến được tính bằng: Ω=(1− p out ) R ( 1 − α ) T / 2.

Trong đó băng thông Ω trong(3.14) tùy thuộc vào P s ,η , α , l 1 , l 2 ,R, σ n 2 [ ] r ,σ n 2 [ ] d

Trong chế độ truyền tải chậm trễ chống chịu, công suất ergodic C tại điểm đến được sử dụng để xác định thông lượng Khác với các chế độ truyền tải chậm trễ giới hạn, nơi nguồn phát hoạt động ở tỷ lệ cố định R để đáp ứng các tiêu chí dừng, các nguồn trong chế độ truyền tải chậm trễ chịu có khả năng truyền dữ liệu với bất kỳ tỷ lệ nào nhỏ hơn hoặc bằng giá trị công suất ergodic C.

Các chế độ truyền chậm trễ chống chịu giả định rằng độ dài mã rất lớn so với thời gian khối, cho phép mã nhìn thấy tất cả các khả năng chứng thực của các kênh Điều này giúp đạt được công suất ergodic bằng cách truyền với tốc độ tương đương mà không cần ứng tốc hay kiến thức về trạng thái kênh tại nguồn hoặc nút chuyển tiếp Để phân tích công suất ergodic, cần đánh giá PDF của γ D, được biểu diễn bởi f γ D (γ).

.Và dấu bằng trong (3.20) xảy ra theo (3.11) và (3.12a).PDF của γ D sẽ là: f γ

Sử dụng (3.15) và PDF f γ D ( )γ trong (3.21), công suất ergodic C là:

(3.22b) trình bày các dạng phân tích của C cho các giao thức TSR, như đã trình bày trong Dự luật 2 trong (3.16)

KẾT LUẬN CHƯƠNG 3

Chương này trình bày hệ thống truyền thông không dây, trong đó thông tin được truyền từ nút nguồn S đến nút đích D qua nút chuyển tiếp R với năng lượng hạn chế Đồng thời, chương cũng phân tích và đưa ra giao thức thu thập năng lượng chuyển đổi theo thời gian (TSR) Ngoài ra, sẽ có công thức đánh giá thông lượng thu được trong bối cảnh có nhiễu do phần cứng không hoàn hảo.

Khởi tạo các giá trịR,Ps,d1,d2,n,m,R,z,lamda_h,la mda_g,na,nc,alpha

Tính:x,nd,nr,h,g,Rh,Rg,Rh1 t=0; p=length(alpha) t=0.05 Đ

Tính mau,tu, SNRD(p,:) Poutsimulation(p) y_simulation_dl(p) a(p),b(P),c(p)d(p),u(p) Poutanalyticapp(p) _analyticalapp_dl(p)

Vẽ đồ thị thông lượng nhận được theo α

Tính mau,tu, SNRD(p,:) Poutsimulation(p) y_simulation_dl(p) a(p),b(P),c(p)d(p),u(p) Poutanalyticapp(p) y_analyticalapp_dl(p)

Vẽ đồ thị thông lượng nhận được theo α

P++ t=0.1 p=length(alpha) Tínhmau,tu, SNRD(p,:)

Poutsimulation(p) y_simulation_dl(p) a(p),b(P),c(p)d(p),u(p) Poutanalyticapp(p) y_analyticalapp_dl(p)

Vẽ đồ thị thông lượng nhận được theo α

Hình 4.1 Lưu đồ thuật toán trường hợp xét không nhiễu phần cứng (t=0) và có nhiễu phần cứng (t=0.05 và t=0.1)

Hình 4.2: Thông lượng nhận được theo α với trường hợp:Không nhiễu phần cứng (τ=0), PsB/10dB/20dB,R=3,l 1 =l 2 =1)

Công suất phát càng cao, từ 0 đến 40dB, thì thông lượng thu được càng lớn Điều này cho thấy rằng khi công suất tăng, độ chênh lệch thông lượng thu được sẽ giảm và thời gian đạt được thông lượng tối đa sẽ nhanh hơn.

-PsB: thông lượng max tại: 0.05