1. Trang Chủ
  2. Kĩ thuật Viễn thông
  3. Đánh giá ảnh hưởng sai số ước lượng kênh trong mạng vô tuyến nhận thức thu năng lượng vô tuyến

Đánh giá ảnh hưởng sai số ước lượng kênh trong mạng vô tuyến nhận thức thu năng lượng vô tuyến

Trong bài viết này, vấn đề sai số do ước lượng thông tin trạng thái kênh (CSI) cho mạng thu năng lượng vô tuyến được đánh giá thông qua mô hình chia sẻ phổ trong mạng vô tuyến nhận thức. Trong mô hình hệ thống, người dùng thứ cấp đóng vai trò là nút chuyển tiếp có thể thu năng lượng từ tín hiệu sơ cấp nhận được, sau đó dùng nguồn năng lượng thu được để chuyển tiếp tín hiệu sơ cấp còn lại đến đích và phát thông tin thứ cấp của mình đến người dùng thứ cấp khác. Tạp Chí Khoa Học Giáo Dục Kỹ Thuật S

Thể loại Tài liệu miễn phí Kĩ thuật Viễn thông

Số trang 8

Ngày tạo 8/29/2020 2:39:06 AM +00:00

Loại tệp PDF

Kích thước 4.82 M

Tên tệp

Tải Đánh giá ảnh hưởng sai số ước lượng kênh trong mạn... (.pdf)

Xem mẫu

  1. Tạp Chí Khoa Học Giáo Dục Kỹ Thuật Số 35B (3/2016) 30 Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. Hồ Chí Minh ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG SAI SỐ ƯỚC LƯỢNG KÊNH TRONG MẠNG VÔ TUYẾN NHẬN THỨC THU NĂNG LƯỢNG VÔ TUYẾN ON IMPACT OF CHANNEL ESTIMATION ERROR IN COGNITIVE RADIO NETWORK WITH WIRELESS ENERGY HARVESTING Nguyễn Tấn Lợi, Nguyễn Thị Khánh Tuyền, Đỗ Đình Thuấn Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh Ngày tòa soạn nhận bài 29/01/2016 , ngày phản biện đánh giá 28/02/2016, ngày chấp nhận đăng 16/03/2016 TÓM TẮT Trong bài báo này, vấn đề sai số do ước lượng thông tin trạng thái kênh (CSI) cho mạng thu năng lượng vô tuyến được đánh giá thông qua mô hình chia sẻ phổ trong mạng vô tuyến nhận thức. Trong mô hình hệ thống, người dùng thứ cấp đóng vai trò là nút chuyển tiếp có thể thu năng lượng từ tín hiệu sơ cấp nhận được, sau đó dùng nguồn năng lượng thu được để chuyển tiếp tín hiệu sơ cấp còn lại đến đích và phát thông tin thứ cấp của mình đến người dùng thứ cấp khác. Nút chuyển tiếp sử dụng kỹ thuật giải mã-chuyển tiếp (decode and forward: DF) để truyền thông tin. Tại nút chuyển tiếp tồn tại nhiễu do sai số ước lượng thông tin trạng thái kênh (CSI). Hiệu năng của mô hình được đánh giá thông qua xác suất dừng. Qua phân tích, bài báo đưa ra được biểu thức chính xác cho xác suất dừng của cả mạng sơ cấp và thứ cấp. Bên cạnh đó, bài báo còn cho thấy sự ảnh hưởng của việc phân bố năng lượng lên dung lượng truyền tin. Từ kết quả mô phỏng của xác suất dừng, việc phân bố năng lượng phù hợp cho phép giao thức được đề xuất đạt được hiệu suất tốt hơn so với truyền trực tiếp mà không cần chia sẻ phổ, đồng thời không làm tiêu hao thêm năng lượng được cung cấp cho nút chuyển tiếp. Từ khóa: CSI; thu năng lượng vô tuyến; chia sẻ phổ; vô tuyến nhận thức; kỹ thuật giải mã-chuyển tiếp; xác suất dừng. ABSTRACT In this paper, impact of channel estimation error in wireless energy harvesting network is evaluated through spectrum sharing model for cognitive radio networks. In the model system, the secondary user acting as relay nodes can scavenges energy from the received primary signal, then use the energy obtained to transfer the remaining primary signal to destination and secondary information to other secondary users. Relay node uses decode and forward (DF) to transmit information. In relay node exist interference due to channel state information (CSI) error. Performance of the model was evaluated through outage probability. Through analysis, the paper offers the exact expression of the outage probability for both the primary and secondary network. Besides that, this investigation also shows the influence of the energy distribution to signal transfer capacity. The result of the outage probability, the energy distribution is suitable for the proposed protocol enables achieve better performance compared with direct transmission without spectrum sharing, and do not consume more energy supplied to the relay node. Keywords: CSI; wireless energy harvesting; spectrum sharing; cognitive radio; decode and forward; outage probability. 1. GIỚI THIỆU Với nhu cầu ngày gia tăng của các ứng cách cho phép chia sẻ phổ, tức là cho phép dụng không dây, sự suy hao quang phổ ngày người dùng không được cấp phép truy cập càng nghiêm trọng, trong khi đó phổ tần cho vào phổ tần trống của người dùng được cấp phép lại không được tận dụng triệt để. Để tăng phép [1]. Hệ thống vô tuyến nhận thức cơ bản cường việc sử dụng dụng phổ tần, vô tuyến được chia thành hai loại mạng: mạng sơ cấp nhận thức là một cải thiện đầy hứa hẹn bằng (PU) và mạng thứ cấp (SU) [1]–[3]. Bên cạnh
  2. Tạp Chí Khoa Học Giáo Dục Kỹ Thuật Số 35B (3/2016) Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. Hồ Chí Minh 31 việc chia sẻ phổ, máy thu thứ cấp đóng vai trò lượng và truyền tín hiệu nhận được từ nguồn là nút chuyển tiếp còn có thể thu năng lượng đến đích, trong khi [14] phát triển giao thức từ tín hiệu sơ cấp nhận được. Năng lượng thu năng lượng và truyền thông tin vô tuyến thu được trong mạng vô tuyến nhận thức có trong mạng chuyển tiếp. Hơn nữa, việc chia sẻ tiềm năng là một nguồn năng lượng vô tận phổ trong trong mạng nhận thức chuyển tiếp mà không cần nối với cáp bên ngoài hay thay hai chiều cũng được các tác giả đề xuất trong thế pin định kì, hơn nữa còn cung cấp cơ hội [15], [16]. khai thác đúng mức phổ tần số. Việc thu năng Bài báo này phát triển giao thức thu lượng dựa trên chính sách cảm biến phổ tối năng lượng trong mạng vô tuyến nhận thức tại ưu nhằm tối đa hóa tổng thông lượng dự kiến nút chuyển tiếp. Nút chuyển tiếp sử dụng kỹ dưới dạng quan hệ nhân quả năng lượng và thuật DF cho việc thu năng lượng và truyền các liên kết va chạm [4]. Trong [5], phân tích thông tin có sự ảnh hưởng của nhiễu do CSI. xác suất truyền của bộ phát thứ cấp và mức Các giao thức được đề xuất cho phép thu năng thu năng lượng cũng như trình bày về thiết kế lượng trong mạng thứ cấp để chia sẻ phổ, hỗ tối ưu nguồn năng lượng tần số vô tuyến trong trợ truyền sơ cấp mà không cần tốn thêm năng mạng vô tuyến nhận thức. Truyền thông tin và lượng của mạng thứ cấp. Hiệu năng của mô thu năng lượng diễn ra cùng một lúc trên các hình được đánh giá thông qua xác suất dừng. kênh không dây có khả năng cung cấp các tiện Mục tiêu của bài báo là tìm được biểu thức ích cao cho người sử dụng thiết bị di động. chính xác của xác suất dừng. Thông qua phân Tuy nhiên trên thực tế, việc thiết kế máy thu tích, bài báo có được biểu thức chính xác của đòi hỏi những kỹ thuật về phần cứng, cụ thể xác suất dừng của cả hai mạng sơ cấp và thứ là mạch thu năng lượng từ tín hiệu vô tuyến cấp. Kết quả mô phỏng cho thấy, giao thức chưa thể giải mã các thông tin trực tiếp. Kiến được để xuất đạt một hiệu suất tốt hơn so với trúc thiết kế cho việc thu năng lượng trong các truyền trực tiếp nếu có phân bố năng lượng hệ thống vô tuyến point-to-point cũng như hai phù hợp. Bài báo cũng đánh giá sự ảnh hưởng phương pháp thu năng lượng là chuyển đổi của hệ số phân bố năng lượng lên dung lượng thời gian (TSR) và phân chia theo năng lượng truyền hệ thống. (PSR) đã được đề cập trong [6]. Hai phương pháp này đều nhằm mục đích cho phép giải 2. MÔ HÌNH HỆ THỐNG mã thông tin và thu năng lượng tại nút chuyển Bài báo bắt đầu bằng việc mô tả kiến tiếp. Trong TSR, nút chuyển tiếp dùng một trúc cho việc thu năng lượng trong mạng vô số khe thời gian để thu năng lượng và số khe tuyến nhận thức. Mô hình hệ thống được thể còn lại để xử lý thông tin, tùy thuộc vào điều hiện như trong hình 1. kiện kênh. Trong PSR, các nút chuyển tiếp thu năng lượng từ một phần năng lượng sơ cấp nhận được, phần năng lượng còn lại dùng để giải mã thông tin và truyền đi. Người dùng thứ cấp SU có thể thu năng lượng cũng như truy cập phổ của người dùng sơ cấp. Tuy nhiên, hiệu suất của các SU có thể không hoàn toàn tốt như mong muốn. Đối với các hệ thống vô tuyến hợp tác, phương pháp truyền cho phép thu năng lượng vô tuyến và xử lý thông tin bắt buộc [7]. Trong những năm gần đây, các Hình 1. Mô hình thu năng lượng vô tuyến của công trình nghiên cứu tập trung hơn vào việc nút chuyển tiếp trong mạng vô tuyến nhận hợp tác chặt chẽ trong các mạng vô tuyến, tức là giả sử tại nút nhận không có nhiễu do CSI thức. Nút nguồn S và nút đích D đại diện cho [8]-[12], thêm vào đó việc thu năng lượng người dùng sơ cấp, nút chuyển tiếp R và nút trong mạng vô tuyến cũng thu hút sự quan tâm vô tuyến nhận thức C đại diện cho người dùng của các nhà khoa học. [13] đề xuất thu năng thứ cấp.
  3. Tạp Chí Khoa Học Giáo Dục Kỹ Thuật Số 35B (3/2016) 32 Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. Hồ Chí Minh 2.1 Mô hình vô tuyến nhận thức thu năng Trong đó λXY­ = E{|hXY|2} = d Xβ ,Y , với dX,Y lượng là khoảng cách từ X đến Y, β là hệ số suy Bài báo xem xét mô hình vô tuyến nhận hao kênh truyền, XY = {SR, RD, SC, RC}. thức bao gồm mạng sơ cấp và mạng thứ cấp, 2.2 Giao thức thu năng lượng trong đó người dùng sơ cấp S muốn truyền Trong bài báo này, nút thứ cấp R đóng tín hiệu của mình đến người dùng sơ cấp D. vai trò là nút chuyển tiếp tín hiệu từ nút sơ cấp Bài báo này giả định rằng không tồn tại đường S đến nút sơ cấp D. R sử dụng kỹ thuật giải truyền trực tiếp từ S đến D, tức là D không mã - chuyển tiếp (decode and forward: DF) để nằm trong phạm vi truyền dẫn của S, do đó thực hiện nhiệm vụ này. Kỹ thuật DF được biết đòi hỏi nút chuyển tiếp nào đó sẽ tạo điều kiện đến như là kỹ thuật chuyển tiếp tái tạo, về cơ giao tiếp giữa S và D. Trong mô hình mà bài bản nó thực hiện xử lý số tín hiệu. Trong mô báo đã đưa ra thì nút thứ cấp R sẽ đảm nhận hình mạng vô tuyến nhận thức trên, R đóng vai trò đó. Ngoài việc sẵn sàng truyền dẫn vai trò như một bộ lặp (repeater) thông minh sơ cấp thì nút chuyển tiếp R đồng thời còn và giải mã/giải điều chế tín hiệu nhận được có thông tin của mình dành cho người dùng từ nút sơ cấp S. Tuy nhiên, quá trình xử lý tín thứ cấp khác là C. Giả sử rằng các các kênh hiệu số ở nút chuyển tiếp R chịu nhiều ảnh bất kì giữa hai nút truyền và nhận đều được hưởng của hiệu năng truyền dẫn nút nguồn- mô hình hóa thông qua kênh fading Rayleigh nút chuyển tiếp. Nếu mã CRC không được sử phẳng và độc lập. Thông tin trạng thái kênh dụng, việc giải mã tín hiệu thu từ nguồn đến (CSI) luôn có sẵn tại nút nhận. Mỗi nút được đích sẽ không đạt hiệu quả tốt nhất. Rất khó trang bị một anten đơn và truyền theo chế độ để nút R giải mã tín hiệu mà không xảy ra lỗi bán song công. Cả hai nút thứ cấp R và C đều và lỗi sẽ được tích lũy qua nhiều chặng, hay có khả năng thu năng lượng từ tín hiệu nhận nói cách khác, chuyển tiếp hệ thống chịu ảnh được. Nút sơ cấp S phát tín hiệu đến nút thứ hưởng của thông tin trạng thái kênh (channel cấp R, tuy nhiên do tính chất quảng bá không state information: CSI). Cụ thể, cách thức hoạt dây nên nút thứ cấp C cũng nhận được một động của DF hệ thống như sau: phần tín hiệu do S gửi đến. Nút thứ cấp C sẽ Người dùng sơ cấp S có nguồn năng phân chia năng lượng từ tín hiệu nhận được lượng cố định là PS, trong khi nút R không có thành hai phần, một phần cho việc thu năng nguồn cung năng lượng cố định mà phải thu lượng vô tuyến và phần còn lại dùng để loại năng lượng từ tín hiệu nhận được để duy trì bỏ sự can nhiễu sơ cấp. Riêng về nút R, sau hoạt động. Như đã nói, S gửi tín hiệu sơ cấp khi thu được một phần năng lượng từ tín hiệu đến R, đồng thời C cũng nhận được một phần sơ cấp mà S gửi đến, R sẽ dùng năng lượng đó tín hiệu từ S. Các tín hiệu mà R và C nhận để chuyển tiếp tín hiệu sơ cấp còn lại đến D và được từ S có thể được biểu diễn bằng các công phát thông tin thứ cấp của mình đến C. thức sau: Đặt hSR, hRD biểu thị hệ số kênh tương = yR PS ( hSR + ∆hSR ) xD + nR (2) ứng giữa S và R, R và D, gSC và gRC là hệ số kênh tương ứng giữa S và C, R và C. Với = hSR yC PS g SC xD + nC (3) ~ CN(0, ΩSR), hRD ~ CN(0,ΩRD), gSC ~ CN(0, với ΩSC), hRC ~ CN(0, ΩRC); |hSR|2, |hRD|2, |gSC|2,|gRC|2 + y , y là tín hiệu nhận được tương ứng tại R C là các độ lợi công suất đáp ứng. Do hXY là R và C, kênh truyền fading Rayleigh nên hàm mật độ + xD là tín hiệu sơ cấp mà S muốn gửi đến D, phân bố xác suất của |hXY|2 sẽ có phân bố mũ và được cho bởi: + nR, nC biểu thị nhiễu Gaussian hẹp do các anten đơn tại R và C gây ra, f XY ( x ) = λXY e − λXY .x (1) nR ~ CN ( 0, σ R2 ) và nC ~ CN ( 0, σ C2 )
  4. Tạp Chí Khoa Học Giáo Dục Kỹ Thuật Số 35B (3/2016) Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. Hồ Chí Minh 33 + ε là hệ số khuếch đại tín hiệu của R. + ∆hSR biểu thị sai số do ước lượng kênh + nR1 ~ CN(0, σ R21 ) biểu thị nhiễu Gauss với giá trị trung bình bằng 0 và phương trắng tại R. sai là σ SR 2 + xC là thông tin thứ cấp gửi đến C. ∆hSR ~ CN ( 0, σ SR 2 ) Tại C, phần tín hiệu nhận được từ S là yC và phần năng lượng thu được là α C yC . Phần Từ tín hiệu nhận được, nút R và nút C có thể thu lấy năng lượng cho mình. Cụ thể, αR tín hiệu còn lại 1 − α C yC được dùng để xử lý và αC biểu thị tương ứng cho hệ số chia công thông tin can nhiễu. suất dành cho việc thu năng lượng của R và C. Ta được biểu thức thu năng lượng của R và C Tín hiệu truyền từ R đến C được viết như sau: như sau: yRC g 2 xR + nC1 = α R yR = P S α R ( hSR + ∆hSR ) xD + α R nR (4) = (1 − α R ) µ PR PS ε g RC ( hSR + ∆hSR ) xD + (1 − α R ) µ PR ε g RC nR (9) =α C yC P S α C g SC xD + α C nC (5) + (1 − µ ) PR g RC xC + nC1 + µ PR ε g RC nR1 Trong đó, 0 < αR < 1, 0 < αC < 1. nC1 ~ CN(0, σ C21 ) đại diện cho nhiễu tại C. Mục đích của hệ thống là thông qua R để Do có sự can nhiễu từ tín hiệu xD nên phần gửi tín hiệu đến D. Nếu α R yR là đại lượng thông tin 1 − α C yC + nC 2 sẽ được dùng để xử được R dùng để thu năng lượng thì từ (2), bài lý can nhiễu. Kết quả thu được: báo có 1 − α R yR là phần tín hiệu còn lại từ tín hiệu sơ cấp mà R sẽ gửi đến D. Tất cả năng yC' = (1 − α R ) µ PR ε g RC nR lượng mà R thu được của S sẽ được chuyển + (1 − µ ) PR g RC xC + nC1 + µ PR ε g RC nR1 đổi thành năng lượng phát. Do đó, µηα R g RC 10) 2 − ( 1 − α C nC + nC 2 ) 1 − α C g SC ( hSR + ∆hSR ) =PR ηα R PS ( hSR + σ SR 2 ) (6) 0
  5. Tạp Chí Khoa Học Giáo Dục Kỹ Thuật Số 35B (3/2016) 34 Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. Hồ Chí Minh nhiễu nhận được tại nút nhận nhỏ hơn một giá bằng 0. Do đó, σ R2 = σ C2 = 0 và để đơn giản, trị ngưỡng cho trước. Nói một cách khác, nút đặt σ C21 = σ R21 = σ C2 2 = σ 02 . nhận sẽ không thể giải mã thành công dữ liệu nếu SNR tại nút đó nhỏ hơn giá trị ngưỡng. SNR cho nút thứ cấp C được viết lại như Ngược lại thì nút nhận sẽ giải mã được dữ liệu. sau: Trong bài báo này, xác suất dừng Pout  (1 − µ )ηα R PS ( hSR + σ SR2 ) g SC g RC 2 2 2   2 2 2  1 2 1 2  ,αC ≠ 1 được cho bởi: σ 0 g SC + σ 0 µηα R g RC  1 − α g SC + 1 − α ( hSR + σ SR )  2 2 γ th  γC =   R C  Pout ( Ri < Yi )= P ( γ i < γ th )= ∫ Pr(γ i )d γ =i Pr(γ th )   (1 − µ )ηα R PS ( hSR + σ SR2 ) g RC 2 2 , α C = 1 (13) 0 σ 2 + µηα g 2  σ 0 + P ( h 2 + σ 2 )  với Yi là tỷ lệ mục tiêu đặt ra. i = {D, C}. 2 R RC S SR SR  0  1 − αR  Tốc độ dữ liệu đạt được của người dùng + γ th là ngưỡng SNR mà tại đó thỏa mãn chất thứ cấp C được biểu diễn bằng: lượng dịch vụ. 1 Đặt = RC log 2 (1 + γ C ) (14) 2 χ= µηα R PS σ 02 ,ψ= (1 − µ )ηα R PS σ 02 , Tại điểm thu sơ cấp D, tín hiệu nhận δ= µηα R / (1 − α R ) ,ν= µηα R (1 − α C ) , được từ R sẽ bao gồm phần tín hiệu sơ cấp từ 2 2 2 2 S đã qua nút chuyển tiếp R và nhiễu. Cụ thể,= θ1 h= SR , θ 2 h= RD ,θ3 g= SC ,θ 4 g RC , tín hiệu nhận được có dạng: = τ 1 1= 3 / d SR ,τ 2 1= 3 / d RD ,τ 3 1= 3 / d SC ,τ 4 1 / d RC 3 . yD hRD xR + nD = Từ (18), ta được: = (1 − α R ) µ PR PS ε (hSR + ∆hSR )hRD xD χ (θ1 + σ SR 2 )θ 2 γD = + (1 − α R ) µ PR ε h + (1 − µ ) PR hRD xC (15) ψ (θ1 + σ SR )θ 2 + δθ 2 + 1 2 (19) + nD + µ PR ε hRD nR1 µ γD → khi PS → ∞ 1− µ (*) với nD ~ CN(0, σ D2 ) biểu thị cho nhiễu tại D. Mệnh đề 1: Xác suất dừng cho người Công suất tín hiệu trên nhiễu cộng SINR dùng sơ cấp D và người dùng thứ cấp C khi C tại D để giải mã ra tín hiệu xD như sau: không thực hiện xóa can nhiễu sơ cấp. 2 2 ηα R µ PS ( hSR + σ SR 2 ) hRD γD =  µ  (16) PoutD = Pr(γ D < γ th )= 1  µσ R + (1 − µ ) PS ( hSR 2 2 ηα R hRD 2 + σ SR 2 )+ σ R21  + σ D2  1 − αR  µ Tốc độ dữ liệu tại D được cho bởi công nếu γ th > χ / ψ = (20) 1− µ thức: 1 điều này luôn xảy ra do (*). =RD log 2 (1 + γ D ) (17) 2 µ Nếu γ th < χ / ψ = 1 − µ thì theo định Do σ D = σ C1 = σ 0 nên γ D được viết lại 2 2 2 như sau: nghĩa về hàm phân phối xác xuất và mật độ 2 ηα R µ PS ( hSR + σ ) hRD 2 2 (PDF và CDF) đã được định nghĩa trong [13], (18) SR γD = (1 − µ )ηα R PS ( hSR + σ SR2 ) hRD + 2 2 µηα R 2 hRD σ 02 + σ 02 xác suất dừng của SNR tại C được cho bởi 1 − αR công thức sau: C. Đánh giá hiệu năng hệ thống = D Pout (γ th ) Pr(γ D < γ th ) Fγ D= µ Hiệu quả sử dụng năng lượng thu được = Pr(γ D < 1− µ γ th ) = ∫ Pr(γ D )d γ D = Pr(γ th ) 0 đánh giá thông qua xác suất dừng. Trong phần  γ thδ  4γ th  4γ th  này, bài báo tiến hành phân tích xác suất dừng 1 − exp − =  xκ   τ ( χ −ψγ th )  τ 1τ 2 ( χ −ψγ th ) 1  τ 1τ 2 ( χ −ψγ th )  (21)  1 của các nút D và C. Xác suất dừng được định nghĩa là xác trong đó hàm Bessel Kn(.) được định nghĩa suất mà giá trị tỷ lệ công suất tín hiệu trên trong [17].
  6. Tạp Chí Khoa Học Giáo Dục Kỹ Thuật Số 35B (3/2016) Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. Hồ Chí Minh 35 Tương tự, bài báo xác định các biểu thức 1  νγ th γ th (1 + nz ) z   4νγ th τ 3 (1 + nz )  4νγ th (1 + nz )  2 2 ∞ xác suất dừng cho C như sau: κ = ℜ2 ∫0 ψτ3τ 4  ψτ3 ψ zτ1 τ4  zτ1 1  ψ 2zττ1 3  dz (29) exp − + + × C Pout = Pr (γ C < γ th )     (22) ψ (θ1 + σ )θ 4 2 Nhận thấy: γc = SR χ (θ1 + σ SR 2 )θ 4 + δθ 4 + 1 (23)   νγ  Pr  θ3 > th  =  νγ    exp − th  =   ψ   ψτ 3  ℜ1 khi C không thực hiện loại bỏ nhiễu sơ cấp, (30) tức là α C = 1 .   νγ th   νγ th     Pr  θ3 ≤   ψ   = 1− exp −  ψτ 3    = 1−ℜ1  1− µ . Từ đó ta được γ C → µ Từ những nhận định trên, biểu thức xác suất dừng cho SNR tại C khi C thực hiện loại 1− µ Khi γ th ≥ bỏ can nhiễu sơ cấp có dạng: C , nhận thấy Pout = 1 (24) µ C Quan sát những biểu thức trên, bài báo thấy Pout = 1 + ℜ12 − ℜ1ℜ2 − ℜ1 (31) rằng PoutD tăng, Pout C giảm khi µ giảm. 3. KẾT QUẢ MÔ PHỎNG Mệnh đề 2: Xác suất dừng của C khi C Trong phần này, phương pháp mô phỏng thực hiện loại bỏ can nhiễu sơ cấp. Monte-Carlo được sử dụng để kiểm chứng tính đúng đắn của các biểu thức xác suất dừng Trong công thức (15) khi α C ≠ 1 , bài báo đã đề xuất theo ảnh hưởng của đại lượng có có: trong biểu thức. Bên cạnh đó, sự ảnh hưởng 2 2 2 ψ ( hSR + σ SR 2 ) g SC g RC của α R lên dung lượng Ergodic của D và C γC = 2 2 2 2 2 g SC + δ g SC g RC +ν ( hSR + σ SR 2 ) g RC cũng được xét đến. ψ (θ1 + σ SR 2 )θ3θ 4 = (25) Trong hình 2, xác suất dừng của người θ3 + δθ3θ 4 +ν (θ1 + σ SR2 )θ 4 dung sơ cấp D và người dùng thứ cấp C được Theo định nghĩa về CDF, tương tự [9], bài báo biểu diễn thông qua các giá trị SNR khi có và có: không có sự ảnh hưởng của nhiễu do CSI,  ψ (θ1 + σ SR2 )θ3θ 4  =Fγ C (γ th ) Pr   θ3 + δθ3θ 4 +ν (θ1 + σ SR )θ 4 2 ≤ γ th   σ SR 2 = 0.1 . Giá trị xác suất dừng khi có mặt = Pr[(ψθ 4 −νγ th )(θ1 + σ SR 2 )θ 4 ≤ γ thθ3 (1 + δθ 4 )] nhiễu sẽ lớn hơn giá trị xác suất dừng khi  γ θ (1 + δθ 4 ) νγ   νγ  = Pr  θ1 + σ SR  2 ≤ th 3 θ 4 (ψθ 3 − νγ th ) θ3 > th  Pr  θ3 > th  ψ   ψ  không có mặt nhiễu. Thêm nữa, người dùng  γ θ (1 + δθ 4 ) νγ   νγ  sơ cấp D sẽ chịu ảnh hưởng của nhiễu do CSI + Pr  θ1 + σ SR 2 ≥ th 3 θ < th  Pr θ ≤ th  θ 4 (ψθ3 −νγ th ) 3 ψ   3 ψ  (26) nhiều hơn người dùng thứ cấp C.  = Pr  θ1 + σ SR 2 γ θ (1 + δθ 4 ) ≤ th 3 νγ   νγ  θ > th  Pr θ > th Dựa vào giá trị µ , nút chuyển tiếp R sẽ θ 4 (ψθ3 −νγ th ) 3 ψ   3 ψ   dùng một phần năng lượng thu của mình  νγ  + Pr  θ3 ≤ th  ψ  để duy trì việc quảng bá thông tin phát đi từ  bên sơ cấp S và sử dụng một lượng 1− µ để Ta lại có:  γ θ (1 + δθ 4 )  νγ th   γ th y (1 + nz )   ∞ ∞ phát thông tin cho bên thứ cấp C. Trong Pr  θ1 + σ SR2 ≤ th 3 θ 4 (ψθ3 −νγ th ) θ3 > = ψ   ∫ ∫νγψ 1 − exp  −   hình 3, nhận thấy rằng khi µ tăng thì xác suất  zτ 1 (ψ y −νγ th )   th 0   1  y1  z × exp  −  exp  −  dydz= ∫ ∞ 1  z ∞ 1  y exp  −  ∫νγ th exp  −  dydz dừng của bên sơ cấp D giảm còn bên τ3  τ3 τ4  τ4  0 τ  τ4  ψ τ3  τ3  thứ cấp C tăng, bởi vì với giá trị nhỏ hơn µ , 4 −∫ ∞ 1  z ∞  γ (1 + nz )  1 exp  −  ∫νγ th exp  − th  y  × exp  − − νγ th 2 (1 + nz )   dydz (27) 0 τ4 τ  4 ψ  zτ ψ 1 τ  3  3 τ ψ zτ 1 (ψ y −νγ th )  có sự suy hao công suất để truyền thông tin sơ cấp. Khi µ < 0.74, giao thức được đề xuất Tiếp tục đặt: đạt được xác suất dừng bằng 1.  νγ  Dung lượng ergodic của C trên kênh ℜ =1 exp − th  (28)  ψτ 3  fading Rayleigh được cho bởi:
  7. Tạp Chí Khoa Học Giáo Dục Kỹ Thuật Số 35B (3/2016) 36 Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. Hồ Chí Minh 1 công suất αR của nút chuyển tiếp R có ảnh  Ε h 2 , g 2 , g 2  log 2 (1 + γ C )  CS = (32) hưởng quan trọng đến cả CP và CS. Hình 4 1 1 2 2  đánh giá sự ảnh hưởng của αR lên CP và CS. CP Hinh 2. Xac suat dung voi Ps/ σ 20 0 10 tăng khi αR giảm từ 0.9 xuống 0.4 nhưng sau đó nó lại giảm khi α R giảm dưới 0.4. Giá trị tối ưu của αR cho bên sơ cấp là 0.4, bên -1 10 thứ cấp là 0.2, bởi vì αR là nhỏ trong suy hao Xac suat dung công suất truyền dẫn, còn khi αR lớn sẽ gây -2 10 PD out simulation. -3 PD out simulation CSI suy hao công suất cho thông tin sơ cấp. Dung 10 PD out PC exact analytical. simulation lượng CP khi có mặt nhiễu do CSI sẽ nhỏ hơn dung lượng CP khi không có mặt nhiễu. out PC out simulation CSI -4 10 PC exact analytical out Hinh 4. Anh huong cua α R len Cp va Cs voi Ps/ σ 20 = 20 dB 1.6 0 5 10 15 20 25 30 35 40 Ps/ σ 20 α R = 0.4 1.58 α R = 0.2 Hình 2. Biểu diễn xác suất dừng theo PS / σ 02 1.56 Dung luong Ergodic cua Cp 1.54 α R = 0.1 tại d SR =1 / 2 d RD =1 / 4 , γ th = 1 1.52 Hinh 3. Xac suat dung voi µ, Ps/σ 20 = 35 dB 1.5 0 10 α C = 1/2 1.48 α C = 1/2 khi co CSI 1.46 α C = 3/4 α R = 0.9 α C = 3/4 khi co CSI 1.44 -1 10 1.42 Xac suat dung 0.7 0.8 0.9 1 1.1 1.2 1.3 1.4 Dung luong Ergodic cua Cs -2 10 Hình 4. Đánh giá sự ảnh hưởng của αR lên CP và CS. -3 4. KẾT LUẬN 10 0.7 0.75 0.8 0.85 0.9 0.95 µ Bài báo này đã phát triển giao thức thu Hình 3. Xác suất dừng theo tỉ lệ phần trăm năng lượng tại nút chuyển tiếp trong mạng vô thu năng lượng µ . tuyến nhận thức. Nút chuyển tiếp sử dụng kỹ thuật DF dưới sự ảnh hưởng của nhiễu do CSI. Dung lượng ergodic của nút sơ cấp D Sau khi phân tích, bài báo có được biểu thức được tính với dừng chính xác cho mạng sơ cấp và mạng 1  thứ cấp. Trong phần kết quả mô phỏng, dùng CP = Ε h 2 , g 2 , g 2  log 2 (1 + γ D )  (33) 1 1 2 2  phương pháp mô phỏng Monte-Carlo để kiểm Dựa trên công thức (32) và (33), thấy chứng các biểu thức đã đề xuất. Bài báo cũng rằng αC chỉ ảnh hưởng đến dung lượng ergodic cho thấy sự ảnh hưởng của hiệu năng cấp phát của mạng sơ cấp, tuy nhiên, hệ số phân chia lên dung lượng của mạng sơ cấp và thứ cấp. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] S. Haykin, “Cognitive radio: brain-empowered wireless commnuications,” IEEE J. Sel. Areas Commun., vol. 23, no. 2, pp. 201–220, Feb. 2005. [2] J. Mitola, G. Q.Maguire, “Cognitive radio: making software radios more personal,” IEEE Pers. Commun, vol.6, no. 4, pp. 13-18, Aug. 1999. [3] Z. Qing, B. M. Sadler, “A Survey of Dynamic Spectrum Access”, IEEE Signal Processing Magazine, vol. 24, pp. 79-89, 2007. [4] S. Park, H. Kim, and D. Hong, “Cognitive Radio Networks with Energy Harvesting,” IEEE Trans. Wireless Commun., vol. 12, no. 3, pp. 1386– 1397, Mar. 2013.
  8. Tạp Chí Khoa Học Giáo Dục Kỹ Thuật Số 35B (3/2016) Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. Hồ Chí Minh 37 [5] S. Lee, R. Zhang, and K. K. Huang, “Opportunistic Wireless Energy Harvesting in Cognitive Radio Networks,” IEEE Trans. Wireless Commun., vol. 12, no. 9, pp. 4788– 4799, Sept. 2013. [6] X. Zhou, R. Zhang, and C. K. Ho, “Wireless Information and Power Transfer:Architecture Design and Rate-Energy Tradeoff,” Available: http://arxiv.org/abs/1205.0618, May 2012. [7] Z. Ding, S. M. Perlaza, I. Esnaola, and H. V. Poor, “Power Allocation Strategies in Energy Harvesting Wireless Cooperative Networks,”. [8] T Himsoon, W Su, K Liu, “Differential transmission for amplify-and-forward cooperative communications”, IEEE Signal Process. Lett.12, 597–600 (2005). [9] T Himsoon, W Siriwongpairat, W Su, K Liu, “Differential modulation with threshold- based decision combining for cooperative communications”, IEEE Trans. Signal Process. 55, 3905–3923 (2007). [10] Q Zhao, H Li, Differential modulation for cooperative wireless systems.IEEE Trans. Signal Process. 55, 2273–2283 (2007). [11] Q Zhao, H Li, P Wang, Performance of cooperative relay with binary modulation in Nakagami-mfading channels. IEEE Trans. Veh. Technol. 57, 3310–3315 (2008). [12] D Chen, J Laneman, Modulation and demodulation for cooperative diversity in wireless systems. IEEE Trans. Wireless Commun. 5, 1785–1794 (2006). [13] A. A. Nasir, X. Zhou, S. Durrani, and R. A. Kennedy, “Relaying Protocols for Wireless Energy Harvesting and Information Processing,” IEEE Trans. Wireless Commun., vol. 12, no. 7, pp. 3622–3636, July 2013. [14] Zihao Wang, Zhiyong Chen, Ling Luo, Zixia Hu, Bin Xia, Hui Liu, “Outage Analysis of Cognitive Relay Networks with Energy Harvesting and Information Transfer”, Communications (ICC), 2014 IEEE International Conference on, Pages: 4348 – 4353, 2014. [15] Q. Li, S. H. Ting, A. Pandharipande, and Y. Han, “Cognitive Spectrum Sharing with Two-way Relaying Systems,” IEEE Trans. Veh. Technol., vol. 60, no. 3, pp. 1233–1240, Mar. 2011. [16] Y. Li, M. Peng, and W. Wang, “Spectrum Sharing in Cognitive Two-Way Relay Networks,” in Proc. IEEE GLOBECOM, Dec. 2012. [17] A. Papoulis, Probability, Random Variables, and Stochastic Processes, 3rd ed. New York: McGraw- Hill, 1991.
nguon tai.lieu . vn
Kiến trúc - Xây dựng Tự động hoá Điện - Điện tử Kĩ thuật Viễn thông Cơ khí - Chế tạo máy Năng lượng Hoá dầu Hoá học Sinh học