(Đồ án tốt nghiệp) 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 Giới hạn:

Trong mô hình này, chúng tôi tập trung vào hai nút nguồn có khả năng vừa truyền vừa nhận thông tin Đồng thời, một nút chuyển tiếp sẽ thực hiện chức năng giải mã và cung cấp năng lượng, đồng thời xem xét ảnh hưởng của 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 nến 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 thờiư 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

Chư ng 1: Giới thiệu Ồ ÁN TỐT NGHIỆP

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 nghĩ à gi o tiếp trực tiếp giữ

(BS) hoặc mạng lõi Giao tiếp D2D thường không minh bạ h ối với mạng có thể xảy ra trên các tần số

Trong một mạng i cả khi các bên liên lạc n m trong phạm vi

Giao tiếp qua BS phù hợp với các dịch vụ như cuộc gọi thoại và tin nhắn văn bản trực tiếp, giúp người cao tuổi dễ dàng kết nối và tương tác Tuy nhiên, khả năng sử dụng công nghệ của họ có thể bị hạn chế, ảnh hưởng đến trải nghiệm giao tiếp.

Do ó truyền thông D2D có thể Những lợi thế củ D2D vượt xa hiệu qua của quang phổ, chúng có khả năng th ng ượng, hiệu quả năng ượng và

Dịch vụ cục bộ: Trong dịch vụ cục bộ, dữ liệu người ùng giữa các thiết bị ầu cuối và truyền thông xã hội.

Thông tin liên lạc khẩn cấp rất quan trọng trong trường hợp thiên tai, khi mà mạng truyền thông truyền thống có thể bị gián đoạn Trong những tình huống này, việc thiết lập liên lạc thông qua công nghệ D2D (Device-to-Device) trở nên cần thiết và hữu ích.

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

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 là phương pháp hiệu quả giúp các nút duy trì hoạt động bằng cách khai thác năng lượng từ nguồn bên ngoài, đảm bảo thời gian hoạt động của nút được kéo dài.

Chư ng 2: C sở lý thuyết Ồ ÁN TỐT NGHIỆP 4

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 thu thập năng lượng mang lại nhiều lợi ích, nhưng vẫn tồn tại một số hạn chế nhất định Để đạt hiệu quả tối ưu, cần có kỹ thuật quản lý năng lượng hợp lý, phần cứng phù hợp và mật độ năng lượng thường gặp phải giới hạn.

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

Hình 2.1 trình bày mô hình bộ thu ý tưởng, cho phép thu thập toàn bộ năng lượng và xử lý thông tin đồng thời Tuy nhiên, giả thuyết này không tồn tại trong thực tế, vì các mạch thu năng lượng thực tế không thể trực tiếp giải mã thông tin từ tín hiệu sóng mang mà chúng thu thập.

Chư ng 2: C sở lý thuyết Ồ ÁN TỐT NGHIỆP

Thông tin hai chiều khác với truyền thông một chiều, nơi chỉ có một thiết bị phát và một thiết bị nhận Trong thông tin hai chiều, cả hai thiết bị đều có khả năng vừa phát vừa nhận thông tin, cho phép chúng truyền tải dữ liệu qua lại một cách linh hoạt.

Kết hợp với ĩ thuật mã hóa mạng và truyền thông hợp tác, mạng hai chiều sẽ tăng hiệu quả s dụng ăng th ng th bị [3].

Hình 2.2 Mô hình hệ thống mạng hai chiều

Hình 2.2 gồm 3 nút X0, X1 và X2 Ở khe thời gian thứ nhất X0 sẽ truyền gói tin ến X1, s u ó X1 sẽ tiếp tục thực hiện truyền gói tin

Quy trình ấy ược thực hiện ngược lại khi X2 truyền gói tin ến X0 ở khe thời gian thứ

2.4 KỸ THUẬT MÃ HÓA MẠNG SỐ

Mã hóa mạng là một phư cách truyền một, hai hay nhiều tin nhắn hi ược suy ra thay vì trực tiếp lặp lại.

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 để xác định tuyến đường tại thời điểm truyền Do đó, 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]. x

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 minh họa hai nút nguồn S1, S2 và nút chuyển tiếp R Tại ước 1, nút R tiếp nhận tín hiệu nhiễu, bao gồm can nhiễu giữa các tín hiệu S1 và S2, do chúng phát cùng thời điểm, nên đường 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.

2.5 PHƯƠNG PHÁP TRIỆT CAN NHIỄU TUẦN TỰ (SIC)

Phương pháp triệt can nhiễu tuần tự 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 nằm xa trạm gốc nhất, 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 cho tất cả Mỗi người dùng sẽ giải mã tín hiệu mạnh nhất trước, sau đó trừ đi tín hiệu đã giải mã từ tín hiệu nhận được Quá trình triệt can nhiễu sẽ tiếp tục cho đến khi người dùng 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 phép người dùng nhận ba tín hiệu cùng lúc ở cùng tần số và cường độ Trong quá trình này, người dùng sẽ 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, nó sẽ được loại trừ, và người dùng tiếp tục giải mã hai tín hiệu còn lại cho đến khi tín hiệu mong muốn được nhận.

Kênh truyền vô tuyến dễ bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố 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 những tác động tiêu cực này, nhiều nghiên cứu đã đề xuất các giải pháp, đặc biệt là hệ thống MIMO với nhiều đầu vào, nhiều đầu ra Tuy nhiên, trong thực tế, 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 đã ra đời, cho phép các thiết bị di động chỉ cần một ăng-ten và thực hiện chia sẻ 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 từ các thiết bị di động hoạt động độc lập Điều này dẫn đến việc hệ thống được phân tập không gian, mang lại những lợi ích vượt trội Hệ thống truyền thông hợp tác đáp ứng tốt các yêu cầu ngày càng cao của hệ thống thông tin vô tuyến.

Hình 2.5 Mô hình hệ thống truyền thông hợp tác

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 Nút chuyển tiếp R hoạt động như một trạm lặp, thực hiện giải điều chế và giải mã tín hiệu nhận được, sau đó mã hóa và điều chế tín hiệu trước khi 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 tại nút S Ưu điểm của kỹ thuật DF là khả năng loại bỏ tạp âm, tuy nhiên thời gian trễ tại nút chuyển tiếp lớn hơn so với các kỹ thuật khác.

AF do phải tái tạo tín hiệu Trong trường hợp, một nút chuyển tiếp giải iều chế/giải mã sai thì lỗi này sẽ ược truyền ến í h.

Hình 2.6 Kỹ thuật giải mã và chuyển tiếp

2.7 HỆ THỐNG KI N THỨC LIÊN QUAN

Xác suất dừng là khả năng mà một thiết bị thu không thể giải mã thành công dữ liệu do tỷ số tín hiệu trên nhiễu tức thời (SNR) thấp hơn một ngưỡng xác định Nếu tỷ số SNR tại thiết bị cao hơn ngưỡng này, tín hiệu sẽ được giải mã thành công Bài viết sẽ đánh giá xác suất dừng tại nút D, trong khi cũng cần xem xét xác suất dừng cho hai tín hiệu khác nhau từ nguồn.

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 truyền qua kênh truyền có phân bố Rayleigh nên kênh truyền f ing R y eigh. phản xạ, nhiễu xạ và

MẠNG HAI CHIỀU

Thông tin hai chiều khác với truyền thông một chiều, nơi chỉ có một thiết bị phát và một thiết bị nhận Trong thông tin hai chiều, cả hai thiết bị đều có khả năng truyền và nhận thông tin lẫn nhau, tạo ra sự tương tác và giao tiếp hiệu quả hơn.

Kết hợp với ĩ thuật mã hóa mạng và truyền thông hợp tác, mạng hai chiều sẽ tăng hiệu quả s dụng ăng th ng th bị [3].

Hình 2.2 Mô hình hệ thống mạng hai chiều

Hình 2.2 gồm 3 nút X0, X1 và X2 Ở khe thời gian thứ nhất X0 sẽ truyền gói tin ến X1, s u ó X1 sẽ tiếp tục thực hiện truyền gói tin

Quy trình ấy ược thực hiện ngược lại khi X2 truyền gói tin ến X0 ở khe thời gian thứ

KỸ THUẬT MÃ HÓA MẠNG SỐ

Mã hóa mạng là một phư cách truyền một, hai hay nhiều tin nhắn hi ược suy ra thay vì trực tiếp lặp lại.

Trong mã hóa mạng, dữ liệu không chỉ dựa vào một tin nhắn duy nhất mà còn liên quan đến nội dung của các tin nhắn khác trong quá trình truyền tải Do đó, mã hóa mạng có khả năng chống lại việc nghe lén và các hình thức tấn công khác, bảo vệ an toàn cho dữ liệu 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]. x

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 tín hiệu được kết hợp đồng thời qua các kênh truy cập Hình 2.3 hiển thị hai nút nguồn S1, S2 và nút chuyển tiếp R Tại ước 1, nút R tiếp nhận tín hiệu nhiễu, bao gồm can nhiễu giữa các tín hiệu S1 và S2, do chúng phát cùng thời điểm, dẫn đến việc tín hiệu trực tiếp từ 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 được sử dụng trong NOMA để giải mã tín hiệu của từng người dùng Trong NOMA, công suất lớn được phân bổ cho người dùng nằm xa trạm gốc nhất, 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 cho toàn bộ người dùng Mỗi người dùng sẽ giải mã tín hiệu mạnh nhất trước, sau đó trừ đi tín hiệu đã giải mã từ tín hiệu nhận được Phương pháp SIC sẽ tiếp tục nhận và 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 phép ba người dùng nhận tín hiệu cùng lúc với cùng tần số và công suất Mỗi người dùng sẽ 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, người dùng sẽ tiếp tục với hai tín hiệu còn lại, lặp lại quy trình SIC cho đến khi tín hiệu mong muốn được giải mã hoàn toàn.

TRUYỀN THÔNG HỢP TÁC

Kênh truyền vô tuyến chịu tác động tiêu cực từ nhiều yếu tố như suy hao truyền, hiện tượng fading và can nhiễu sóng, dẫn đến hiệu suất kém và giảm chất lượng dịch vụ Để giảm thiểu ảnh hưởng của những yếu tố này, nhiều nghiên cứu đã tập trung vào hệ thống MIMO (nhiều đầu vào, nhiều đầu ra) Tuy nhiên, thực tế cho thấy hệ thống MIMO thường chỉ áp dụng cho thiết kế nhiều ăng-ten trên thiết bị di động Do đó, ý tưởng ảo hóa hệ thống MIMO ra đời, cho phép các thiết bị di động chỉ cần một ăng-ten và thực hiện chia sẻ tài nguyên 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 các thiết bị di động hoạt động độc lập và thống kê với nhau, tạo thành một hệ thống phân tập không gian hiệu quả Hệ thống truyền thông hợp tác với những ưu điểm vượt trội sẽ đáp ứng tốt hơn nhu cầu ngày càng cao của hệ thống thông tin vô tuyến.

Hình 2.5 Mô hình hệ thống truyền thông hợp tác

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 và giải mã tín hiệu nhận được, sau đó mã hóa và điều chế tín hiệu để 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 ban đầu như ở nút S Mặc dù kỹ thuật DF có ưu điểm là loại bỏ tạp âm, nhưng thời gian trễ tại nút chuyển tiếp lại lớn hơn so với các kỹ thuật khác.

AF do phải tái tạo tín hiệu Trong trường hợp, một nút chuyển tiếp giải iều chế/giải mã sai thì lỗi này sẽ ược truyền ến í h.

Hình 2.6 Kỹ thuật giải mã và chuyển tiếp

HỆ THỐNG KI N THỨC LIÊN QUAN

Xác suất dừng là xác suất mà thiết bị thu không thể giải mã thành công dữ liệu nhận được do tỷ số tín hiệu trên nhiễu (SNR) nhỏ hơn ngưỡng xác định trước Nếu SNR nhận được lớn hơn ngưỡng này, tín hiệu sẽ được giải mã thành công Luận văn sẽ đánh giá xác suất dừng tại nút D, và do nguồn có hai tín hiệu, việc đánh giá xác suất dừng cho cả hai tín hiệu là cần thiết.

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 truyền qua kênh truyền có phân bố Rayleigh nên kênh truyền f ing R y eigh. phản xạ, nhiễu xạ và

Fading Rayleigh là một mô hình lý tưởng cho việc truyền tín hiệu trong cả hai tầng tối ưu và hiệu vô tuyến, mà không tính đến thành phần truyền thẳng (LoS).

Trong những kênh truyền vô tuyến, phân bố R y eigh thường ượ tả bản chất th y ường bao của một thành phần

Phân bố R y eigh thường tuyến i ộng trong khoảng thời gian ngắn Một tín hiệu thu ường bao fading.

Khi xem xét tín hiệu phát ra từ máy phát, tín hiệu thu được tại máy thu sẽ có dạng phức, trong đó Φ là pha ngẫu nhiên với phân bố đều Tín hiệu này được hình thành bởi hai thành phần ngẫu nhiên: thành phần đồng ph I và thành phần vuông phức.

Hình 2.7 minh họa hiện tượng Fading Rayleigh khi thiết bị di động hoạt động ở tần số 900MHz Tại máy thu, tín hiệu nhận được có thể tuân theo 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 mật độ xác suất (PDF) của tín hiệu sẽ có phân bố Rayleigh.

Nhiễu Gauss trắng cộng (AWGN) là một mô hình nhiễu quan trọng trong hệ thống thông tin, được sử dụng để mô tả các quá trình ngẫu nhiên xảy ra trong truyền dẫn Các đặc tính cơ bản của AWGN bao gồm khả năng ảnh hưởng đến chất lượng tín hiệu và độ tin cậy của thông tin truyền tải.

- 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 phổ công suất phẳng, nghĩa là nó có cường độ không đổi ở tất cả các tần số Điều này dẫn đến việc tự tương quan của nhiễu trong miền thời gian bằng không cho mọi độ lệch thời gian khác nhau.

- Nhiễu có phân bố Gauss hoặc phân bố chuẩn.

Hầu hết các nhiễu trong hệ thống được mô tả tốt nhất bằng mô hình kênh AWGN, vì nó phản ánh chính xác ảnh hưởng của nhiễu Mối quan hệ giữa đầu vào và đầu ra của kênh AWGN có thể được biểu diễn đơn giản bằng công thức: r(t) = s(t) + n(t), trong đó n(t) là thành phần nhiễu trắng Gauss với trung bình bằng 0, được cộng thêm vào tín hiệu đầu vào kênh truyền s(t).

Hình 2.8: Mô hình kênh AWGN.

Trong m phỏng hệ thống th ng tin, tùy thuộ tín hiệu ầu vào mà thành phần nhiễu n(t) với trường hợp m nhiễu AWGN n(t) ứng à [6]:

Trong thống kê, phép tính kỳ vọng là một công cụ quan trọng để phân tích tín hiệu và nhiễu Nhiễu AWGN (Additive White Gaussian Noise) có ảnh hưởng đến tất cả các thành phần tần số trong tín hiệu Thành phần nhiễu này tuân theo phân phối Gaussian và có công suất N0 Việc hiểu rõ về mối quan hệ giữa tín hiệu và nhiễu là cần thiết để cải thiện chất lượng truyền dẫn trong các hệ thống thông tin.

Trong ó Ps ầu vào tính qu phép tính phư ng s i trưng ho ênh AWGN th y phư ng s i nhiễu sẽ suất tín hiệu ầu vào.

2.7.4 Hàm phân phối xác suất tí h lũ 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: biến ngẫu nhiên rời rạc và biến ngẫu nhiên 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 khoảng [ ], nhưng cụ thể hơn, chúng ta có thể phân tích các loại biến này một cách chi tiết hơn.

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

Do tính chất của xác suất Ρ

∑ So sánh với ịnh ( X = x ) nên ư ng nhiên 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 :

Hàm hi ó gọi là hàm mật ộ xác suất (Probability Density Function – PDF) củ X.Chúng t i ũng ó mối quan hệ giữa CDF và PDF của một biến ngẫu nhiên liên tục:

∫ (2.11) và ư ng nhiên tại mọi iểm mà ó ạo hàm (Differentiable – khả vi).

CHƯƠNG 3: MÔ HÌNH HỆ THỐNG

MÔ HÌNH HỆ THỐNG

Hệ thống bao gồm hai nút và một nút chuyển tiếp R, như mô tả trong hình Nút được trang bị ăng ten để kết nối trực tiếp, nhưng nếu khoảng cách quá xa hoặc bị che chắn, kết nối sẽ gặp khó khăn Nút 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. h , d

: 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, ở khe thời gian thứ nhất nút R sẽ tiến hành phát tín hiệu năng ượng thu y ược ở

Trong ó nhiễu Gaussian (AWGN) tại với trung ình hi ó năng ượng thu thập thức:

Trong ó T à thời gian của một khe thời gian

Chương 3: Mô hình hệ thống Ồ ÁN TỐT NGHIỆP thể hiện hiệu suất chuyển đổi có cấu trúc rõ ràng, cho thấy khả năng chuyển đổi năng lượng hiệu quả Trong khoảng thời gian thứ hai, năng lượng được thu thập và xử lý một cách tối ưu.

Công suất phát khoảng thời gi n T ược mô tả b ng công thức

Tại nút R, tín hiệu sẽ

Trong trường hợp khoảng cách trước và xem hi ó tỉ lệ tín hiệu trên nhiễu tại R giải mã

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

Tín hiệu thu ược tại R sau khi loại bỏ can nhiễu có chứa hi ó tỉ lệ tín hiệu trên nhiễu tại R giải mã

Chư ng 3: Mô hình hệ thống Ồ ÁN TỐT NGHIỆP

Sau khi giải mã thành công có gói tin b ng phư ng ph p mã hó ến hai nút

Tín hiệu thu ược tại nút hi

Khi nhận so s nh ể tìm ược tín hiệu mong muốn.

Giả s khi thực hiện tư ng tự ối với

HIỆU NĂNG HỆ THỐNG

- Tố ộ nhưng tố giải mã.

- Tố ộ ngưỡng giải mã Nhưng tố ộ ngưỡng giải mã.

Xác suất dừng của hệ thống tại nút

Từ công thức (3.17) viết gọn lại thành:

Công thức (3.20) sẽ trở thành

Chư ng 3: Mô hình hệ thống Ồ ÁN TỐT NGHIỆP 18 hi ó ( và

Chư ng 3: Mô hình hệ thống ặt

Chư ng 3: Mô hình hệ thống Ồ ÁN TỐT NGHIỆP 20

Xác suất dừng của hệ thống tại nút

Công thứ 3.) ược viết gọn lại thành

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

4.1 THÔNG SỐ MÔ PHỎNG VÀ LƯU ĐỒ GIẢI THUẬT

4.1.1 Các thông số mô phỏng d

Hình 4.1 Mô hình hệ thống mạng hai chiều với nút chuyển tiếp R cung cấp năng

M i trường mô phỏng là một mặt phẳng hai chiều Oxy như hình 4.1 Chúng t i ặt vị trí hai nút nguồn cố tiếp R sẽ n m ở giữa hai nút

Từ tọ ộ nguồn ộ dài khoảng cách từ nút R ộ dài khoảng cách từ nút R

(path_loss) là 3 Tỉ số tín hiệu trên nhiễu từ 0

Chư ng 4: ết quả mô phỏng 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

Chư ng 4: ết quả mô phỏng Ồ ÁN TỐT NGHIỆP ét mứ gamma_dB kế tiếp

- Hiệu suất hu ển đổi năng l ợng

Tăng mẫu thử một đ n vị

Mô phỏng hệ số kênh tru ền S1 Tính ông suất ph t tại S1 và S2

Tính tỉ số tín hiệu trên nhiễu Tính tố độ đạt đ ợ tại S1, S2 và R (R_S1R, R_S2R, R_RS1)

Vẽ đồ thị x suất dừng theo gamma_dB

Hình 4.3 ưu ồ hư ng trình m phỏng xác suất dừng tại

Chư ng 4: ết quả mô phỏng Ồ ÁN TỐT NGHIỆP ét mứ gamma_dB kế tiếp

- Tọa độ Đếm

Tiêu đề	Mạng Hai Chiều Với Một Nút Chuyển Tiếp Cung Cấp Năng Lượng Và SIC
Tác giả	Nguyễn Thanh Luân, Nguyễn Tấn Vũ
Người hướng dẫn	TS. Phạm Ngọc Sơn
Trường học	Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
Chuyên ngành	Công Nghệ Kỹ Thuật Điện Tử - Truyền Thông
Thể loại	Đồ án tốt nghiệp
Năm xuất bản	2020
Thành phố	Tp. Hồ Chí Minh

Định dạng
Số trang	45
Dung lượng	1,01 MB