- Trang Chủ
- Phần cứng
- Đánh giá phẩm chất mạng chuyển tiếp song công hai chiều trên cùng băng tần dưới tác động của phần cứng không lý tưởng
Xem mẫu
- Các công trình nghiên cứu phát triển Công nghệ Thông tin và Truyền thông
Đánh giá phẩm chất mạng chuyển tiếp
song công hai chiều trên cùng băng tần
dưới tác động của phần cứng không lý tưởng
Nguyễn Bá Cao, Trần Xuân Nam
Trường Đại học Kỹ thuật Lê Quý Đôn
Tác giả liên hệ: Nguyễn Bá Cao, bacao.sqtt@gmail.com
Ngày nhận: 21/04/2018, ngày sửa chữa: 02/08/2018, ngày duyệt đăng: 02/08/2018
Xem sớm trực tuyến: 08/11/2018, định danh DOI: 10.32913/rd-ict.vol1.no39.728
Biên tập lĩnh vực điều phối phản biện và quyết định nhận đăng: TS. Trương Trung Kiên
Tóm tắt: Bài báo này phân tích phẩm chất mạng chuyển tiếp song công hai chiều trên cùng băng tần với phần cứng
không lý tưởng, trong đó nút chuyển tiếp sử dụng giao thức khuếch đại-và-chuyển tiếp. Xác suất dừng, xác suất lỗi ký
hiệu được tìm ra để đánh giá phẩm chất hệ thống. Trên cơ sở đó, để nâng cao phẩm chất hệ thống, chúng tôi tìm ra
biểu thức phân bổ công suất tối ưu cho hai nút đầu cuối và nút chuyển tiếp. Kết quả phân tích đã làm rõ mức độ ảnh
hưởng của lỗi phần cứng và nhiễu tự giao thoa đến phẩm chất hệ thống khi so sánh với hệ thống lý tưởng và hệ thống
bán song công truyền thống. Bên cạnh đó, mô phỏng Monte Carlo được thực hiện để minh chứng cho sự đúng đắn của
kết quả phân tích.
Từ khóa: Truyền thông song công trên cùng băng tần, triệt nhiễu tự giao thoa, khuếch đại và chuyển tiếp, xác suất dừng,
phần cứng không lý tưởng.
Title: Performance Evaluation of In-Band Full-Duplex Two-Way Relay Networks with Hardware Impairments
Abstract: In this paper, we analyse the performance of in-band full-duplex two-way relay networks using the amplify-and-forward
strategy under the impact of hardware impairments. Outage probability and symbol error probability are derived to
evaluate the system performance. Based on these values, we derive the optimal power allocation expression for terminal
nodes and relay node. Numerical results provide an insight into the impact of hardware impairments and the residual self-
interference on the system performance in comparison with the ideal hardware and the half-duplex systems. Simulation
results are used to verify our analyses.
Keywords: In-band full-duplex, self-interference cancellation, amplify-and-forward, outage probability, hardware impairments.
I. ĐẶT VẤN ĐỀ thông IBFD. Những nghiên cứu này đã cho thấy nhiễu có
thể được loại trừ lên đến 110 dB thông qua kết hợp các biện
Trong giai đoạn cách mạng công nghiệp 4.0 hiện nay, xu pháp SIC, bao gồm khử nhiễu miền ăng-ten, miền số và
thế phát triển về trí tuệ nhân tạo (AI: Machine intelligence), miền tương tự. Tuy nhiên, do triệt nhiễu không hoàn hảo,
Internet kết nối vạn vật (IoT: Internet of things) và dữ liệu phần nhiễu dư còn lại (RSI: Residual self-interference) sẽ
lớn (Big Data) đòi hỏi các thiết bị vô tuyến cần được nâng làm giảm phẩm chất hệ thống.
cấp cả phần cứng lẫn phần mềm để đáp ứng các yêu cầu đặt Trên cơ sở đó, nhiều nghiên cứu đã thực hiện đánh giá
ra. Nhu cầu dữ liệu lớn trong khi phổ tần hạn chế đòi hỏi phẩm chất hệ thống FD dưới sự ảnh hưởng của RSI khi so
các nhà nghiên cứu và thiết kế mạng vô tuyến tìm cách nâng sánh với hệ thống bán song công truyền thống (HD: Half-
cao hiệu quả sử dụng phổ tần. Trong bối cảnh đó, truyền duplex) nhằm đưa ra phương án lựa chọn sử dụng hệ thống
thông song công trên cùng băng tần (IBFD: In-band full- FD hoặc HD trong các điều kiện cụ thể [9–11]. Những
duplex) là một trong những công nghệ đang được nghiên công trình này đã cho thấy rằng, khi nhiễu dư FD nhỏ, hệ
cứu mạnh bởi khả năng tăng gấp đôi hiệu quả sử dụng thống FD cho dung lượng ergodic tốt hơn hệ thống HD với
phổ tần [1–3]. Những kết quả nghiên cứu và thử nghiệm cùng phẩm chất xác suất dừng (OP: Outage probability).
về khả năng triệt nhiễu tự giao thoa (SIC: Self-Interference Ngược lại, khi nhiễu dư FD lớn, sử dụng mô hình HD để
Cancellation) ở [4–8] đã chứng minh tính khả thi của truyền nâng cao phẩm chất hệ thống. Đồng thời, sử dụng công
26
- Tập V-1, Số 39, 11.2018
suất phát thích ứng cho hoạt động HD/FD sẽ giảm được Kết quả cho thấy rằng, khi lỗi phần cứng tồn tại trong hệ
năng lượng tiêu thụ, nâng cao hiệu quả sử dụng phổ tần thống, phẩm chất hệ thống sẽ giảm đáng kể, nhất là đối với
tức thì. các hệ thống truyền dẫn tốc độ cao. Đặc biệt là trong mạng
chuyển tiếp FD, lỗi phần cứng kết hợp với RSI sẽ làm phẩm
Trong các nghiên cứu về hệ thống FD, mạng chuyển
chất hệ thống giảm nhanh và sớm đạt đến bão hòa. Điều
tiếp (relay network) FD đang được chú trọng bởi khả năng
này đã được một số nhóm nghiên cứu khảo sát như ở [26]
tăng cường độ tin cậy, nâng cao chất lượng, khắc phục
và [27]. Trong những nghiên cứu này, mạng chuyển tiếp
hiện tượng che khuất, suy hao truyền dẫn [1, 2]. Sự kết
FD-AF với HI tại nút chuyển tiếp FD đã được phân tích.
hợp giữa mạng chuyển tiếp hai chiều và công nghệ FD cho
Trong đó, [26] sử dụng nhiều ăng-ten tại nút chuyển tiếp
phép nâng cao tốc độ truyền dẫn và hiệu quả sử dụng phổ
để nâng cao tốc độ truyền dẫn hệ thống, còn [27] sử dụng
tần so với hệ thống chuyển tiếp một chiều hoặc hai chiều
nhiều cặp ăng-ten (multipair massive MIMO) để nâng cao
HD truyền thống. Nhiều nghiên cứu gần đây đã tập trung
hiệu quả sử dụng phổ tần và năng lượng. Kết quả nghiên
vào việc đánh giá và nâng cao phẩm chất mạng chuyển tiếp
cứu đã chỉ rõ ảnh hưởng lớn của HI và RSI tại nút chuyển
song công hai chiều trong trường hợp triệt nhiễu tự giao
tiếp đến phẩm chất hệ thống, nhất là đối với những thiết bị
thoa không hoàn hảo. Trong các bài báo [1, 2, 12–18], các
giá thành thấp.
tác giả đã khảo sát phẩm chất mạng chuyển tiếp FD hai
chiều sử dụng giao thức khuếch đại và chuyển tiếp (AF: Xuất phát từ những thảo luận trên, để đánh giá phẩm
Amplify and forward). Biểu thức OP trong các điều kiện chất hệ thống sát với điều kiện thực tế, trong bài báo này,
khác nhau đã được đưa ra và khảo sát ở [1, 13, 16, 18]. chúng tôi khảo sát chất lượng hệ thống chuyển tiếp FD hai
Các tác giả đã chứng minh được rằng, phẩm chất OP đạt chiều AF dưới tác động của HI và RSI ở cả nút chuyển tiếp
đến bão hòa khi tỉ số tín hiệu trên nhiễu cộng với tạp âm và hai nút đầu cuối. Xác suất dừng, xác suất lỗi ký hiệu
(SINR: Signal to interferecen plus noise ratio) đủ lớn. Bởi và phân bổ công suất tối ưu cho hệ thống được sử dụng để
khi SINR đủ lớn, kéo theo tự can nhiễu tại nút chuyển tiếp đánh giá, và để nâng cao phẩm chất hệ thống.
và hai nút đầu cuối lớn hơn, làm cho OP đạt đến mức sàn Bài báo có ba đóng góp chính sau. Trước hết, chúng tôi
lỗi (error floor). Đồng thời, các biện pháp như lựa chọn đã xây dựng mô hình mạng chuyển tiếp FD hai chiều sử
cặp ăng-ten thu phát, ước lượng kênh nhiễu tự giao thao, dụng giao thức AF với phần cứng không lý tưởng để khảo
và phân bổ công suất tối ưu làm giảm đáng kể ảnh hưởng sát. Tiếp theo, trên cơ sở mô hình hệ thống và tín hiệu,
của RSI và nâng cao phẩm chất hệ thống [12, 14, 15]. Bên chúng tôi đưa ra biểu thức chính xác của tỉ số công suất tín
cạnh chuyển tiếp AF, mạng giải mã và chuyển tiếp (DF: hiệu trên nhiễu cộng tạp âm và méo dạng (SINDR: Signal
Decode and forward) hai chiều FD đã và đang được nghiên to interference plus noise and distortion ratio) được đưa ra,
cứu rộng rãi [19–23]. Các tác giả đã khảo sát OP trong làm cơ sở để tìm ra biểu thức chính xác và xấp xỉ của OP,
điều kiện CSI hoàn hảo và không hoàn hảo, và khảo sát sự và biểu thức xấp xỉ của xác suất lỗi ký hiệu (SEP: Symbol
ảnh hưởng của RSI đến phẩm chất hệ thống. Kết quả cho error probability). Từ đó, phẩm chất hệ thống được đánh
thấy, ảnh hưởng của RSI làm cho phẩm chất hệ thống đạt giá toàn diện, cho phép xác định được ảnh hưởng của lỗi
đến bão hòa ngay cả khi CSI hoàn hảo. Bên cạnh đó, việc phần cứng và RSI đến phẩm chất hệ thống khi so sánh với
phân bổ công suất tối ưu cho nút chuyển tiếp giúp nâng hệ thống lý tưởng và hệ thống HD. Cuối cùng, để nâng cao
cao đáng kể phẩm chất hệ thống. phẩm chất hệ thống, chúng tôi đề xuất phân bổ công suất
Khảo sát trên cho thấy, hầu hết các nghiên cứu về hệ tối ưu cho hai nút đầu cuối và nút chuyển tiếp, nhằm làm
thống FD hai chiều tập trung vào việc phân tích và xem xét giảm tác động của lỗi phần cứng và RSI. Kết quả cho thấy,
ảnh hưởng của các điều kiện về kênh truyền và nhiễu dư đến phương án đề xuất làm tăng đáng kể phẩm chất hệ thống.
phẩm chất hệ thống. Tuy nhiên, để hệ thống vô tuyến hoạt Phần còn lại của bài báo được tổ chức như sau. Mục II
động được, ngoài những giải pháp về phần mềm thì phần là mô hình hệ thống và tín hiệu, Mục III tập trung vào việc
cứng hệ thống là đòi hỏi bắt buộc. Vì vậy, ngoài các biện phân tích phẩm chất hệ thống, Mục IV đề xuất phân bổ
pháp kỹ thuật để nâng cao phẩm chất hệ thống, cần xem công suất tối ưu cho hệ thống, Mục V trình bày kết quả
xét lựa chọn phần cứng phù hợp. Trong thực tế, khi thiết bị tính toán số và thảo luận, và cuối cùng, Mục VI rút ra các
vô tuyến hoạt động, các lỗi của phần cứng không hoàn hảo kết luận của bài báo.
(HI: Hardware impairments) sẽ tạo ra nguồn nhiễu, làm
méo tín hiệu cần truyền/nhận. Các kỹ thuật bù trừ được
áp dụng để loại bỏ lỗi phần cứng. Dẫu vậy, lỗi phần cứng II. MÔ HÌNH HỆ THỐNG
vẫn sót lại trong các hệ thống vô tuyến và làm giảm phẩm
chất hệ thống. Ảnh hưởng của lỗi phần cứng đã được xem Xét một hệ thống liên lạc điểm – điểm với phần cứng
xét trong các nghiên cứu [24, 25] và một số tài liệu khác. lý tưởng (gọi tắt là hệ thống lý tưởng), trong đó mỗi đầu
27
- Các công trình nghiên cứu phát triển Công nghệ Thông tin và Truyền thông
cuối có một ăng-ten dùng cho thu và phát tín hiệu ở chế mong muốn phát đi tại S1 , S2 và R; η1, η2 và ηR lần lượt là
độ HD, tín hiệu thu có dạng sau: các lỗi phần cứng tổng hợp tại S1 , S2 và R thỏa mãn η1 ∼
CN (0, k12 P1 ), η2 ∼ CN (0, k22 P2 ) và ηR ∼ CN (0, kR2 PR ), với
y = hs + z, (1)
k 1, k2 và kR lần lượt là hệ số méo dạng tổng hợp tại S1 , S2
trong đó h là hệ số pha đinh của kênh truyền từ phía phát và R; P1, P2 và PR lần lượt là công suất phát trung bình tại
đến phía thu, s là tín hiệu cần truyền đi, z là nhiễu trắng S1 , S2 và R; h1R , h2R và ehRR tương ứng là hệ số pha-đinh
cộng tính (AWGN: Additive white Gaussian noise) tại đầu của kênh truyền từ S1 tới R, từ S2 tới R và từ kênh ảnh
vào máy thu. Trong trường hợp phần cứng không lý tưởng hưởng mạch phát tới mạch thu của R; zR (t) là nhiễu trắng
(gọi tắt là hệ thống không lý tưởng), phía máy phát và máy cộng tính (AWGN) tại đầu vào R, với zR ∼ CN (0, NR ).
thu sẽ tạo ra các nguồn nhiễu lần lượt là ηtx và ηrx , với Giả sử rằng, thời gian xử lý tín hiệu tại R bằng một chu
ηtx ∼ CN (0, k tx
2 P), η rx ∼ CN (0, k 2 |h| 2 P) [24]. Trong đó,
rx kỳ ký hiệu, tức là thành phần tín hiệu phát trên nút chuyển
ktx và k rx lần lượt là các tham số đặc trưng cho lỗi phần sR (t) được thực hiện sau khi khuếch đại tín hiệu thu ở
tiếp e
cứng ở máy phát và máy thu; P là công suất tín hiệu phát. thời điểm trước đó yR (t − 1), kết hợp với méo do lỗi phần
Từ đó, tín hiệu thu được có dạng sau: cứng của máy thu phát. Do đó ta có
y = h(s + ηtx ) + ηrx + z = hs + hηtx + ηrx + z. (2) sR (t) = GyR (t − 1) + ηR (t − 1).
e (5)
Từ (2), công suất trung bình của lỗi phần cứng tổng hợp Khi thông tin trạng thái kênh truyền hoàn hảo, hệ số khuếch
do cả phía phát và phía thu gây nên được biểu diễn bằng đại G được định nghĩa theo biểu thức sau:
Eη tx ,η rx {|hηtx + ηrx | 2 } = P|h| 2 (ktx
2 + k 2 ) = P|h| 2 k 2, với k 2 =
rx
s
PR
2 + k 2 là méo dạng tổng hợp, đặc trưng cho mức độ ảnh
ktx G, , (6)
rx
ρ1 P1 (1 + k12 ) + ρ2 P2 (1 + k22 ) + IR + NR
hưởng của lỗi phần cứng tổng hợp ở cả máy phát và máy
thu. Từ đó, (2) được đơn giản hóa thành trong đó, ρ1 = |h1R | 2 và ρ2 = |h2R | 2 lần lượt là các độ lợi
kênh truyền từ S1 đển R và từ S2 đến R; IR = Ω e R PR là
y = h(s + η) + z, (3)
nhiễu lặp vòng còn sót lại tại R sau khi áp dụng tất cả các
với η ∼ CN (0, k 2 P). Trên cơ sở mô hình cho hệ thống kỹ thuật triệt nhiễu tự giao thoa, với Ω e R biểu thị khả năng
điểm – điểm này, chúng tôi xây dựng mô hình hệ thống triệt nhiễu tại R.
chuyển tiếp song công hai chiều với phần cứng không lý Sau khi khuếch đại, R chuyển tiếp tín hiệu thu được tới
tưởng như chỉ ra trên Hình 1. Trong mô hình này, để biểu S1 và S2 . Tín hiệu thu tại S2 có dạng sau:
diễn RSI ở chế độ FD, chúng tôi sử dụng hai ký hiệu ăng-
y2 (t) = hR2e
sR (t) + e s2 (t) + z2 (t),
h22e (7)
ten biểu diễn cho hai mạch thu và phát. Hệ thống thực tế
có thể sử dụng một ăng ten chung cho cả thu và phát. Dữ trong đó, hR2 và eh22 lần lượt là hệ số pha đinh của kênh
liệu được truyền từ S1 tới S2 và ngược lại thông qua trạm truyền từ R tới S2 và từ mạch phát đến mạch thu của S2 ;
chuyển tiếp R. Trong đó, R sử dụng giao thức khuếch đại z2 là nhiễu AWGN tại S2 . Thế (5) vào (7) ta được
và chuyển tiếp.
y2 (t) = hR2 [GyR (t − 1) + ηR (t − 1)] + e s2 (t) + z2 (t). (8)
h22e
Tại thời điểm t, tín hiệu thu của nút chuyển tiếp có dạng
Sử dụng (4), biểu thức (8) trở thành
yR (t) = h1Re
s1 (t) + h2Re
s2 (t) + e sR (t) + zR (t),
hRRe (4) h i
y2 (t) = hR2 G h1R s1 (t − 1) + η1 (t − 1) + h2R s2 (t − 1)
ở đây e s1 (t) , s1 (t) + η1 (t), e
s2 (t) , s2 (t) + η2 (t), e
sR (t) , h i
sR (t) + ηR (t), với e
s1 , e
s2 và e
sR lần lượt là các tín hiệu thực tế + hR2 G h2R η2 (t − 1) + e
hRResR (t − 1) + zR (t − 1)
phát đi tại S1 , S2 và R; s1 , s2 và sR lần lượt là các tín hiệu
+ hR2 ηR (t − 1) + e s2 (t) + z2 (t).
h22e (9)
Sử dụng kỹ thuật mã hóa mạng [2], ta có thể loại bỏ được
TX h 1R RX h 2R TX
h 11 s1(t ) + h1(t ) s2 (t ) + h2 (t )
thành phần s2 (t − 1) ra khỏi y2 (t), đồng thời có |hR2 | 2 =
y R (t )
RX h R1 TX h RR h R2 RX h |h2R | 2 và |hR1 | 2 = |h1R | 2 . Do đó, ta xác định được SINDR
22
y1(t ) s R (t ) + hR (t ) y2 (t ) tại S2 theo biểu thức
|h1R | 2 |hR2 | 2 P1
S1 R S2 γ2 = , (10)
|h1R | |hR2 | P1 d + |hR2 | 2 |h2R | 2 P2 d 0
2 2 + φ1
hay
ρ1 ρ2 P1 PR
Hình 1. Hệ thống chuyển tiếp song công hai chiều với phần cứng γ2 = . (11)
không lý tưởng. ρ1 P1 [ρ2 PR d + t2 d1 ] + ρ22 P2 PR d 0 + φ2
28
- Tập V-1, Số 39, 11.2018
Tương tự ta có SINDR tại S1 như sau: Từ biểu thức (14) và (15), sau một số phép biến đổi, áp
dụng công thức (3.324) trong [28] ta xác định được OP
ρ1 ρ2 P2 PR
γ1 = , (12) như sau:
ρ2 P2 [ρ1 PR d 0 + t1 d2 ] + ρ21 P1 PR d + φ3
A2 x B2 x 2
1−xd − 1−x d − (1−x d)2
x < 1/d,
1 − 2
trong đó: φ1 = |hR2 R dR + t2
|2t /G2 ,φ2 = ρ2 PR tR dR + S2
Pout (x) =
1+C2 x e U2 (x),
ρ2 P2 t2 d2 + t2 tR , φ3 = ρ1 PR tR dR + ρ1 P1 t1 d1 + t1 tR , ρ1 = 1, x ≥ 1/d.
|h1R | 2 = |hR1 | 2 , ρ2 = |hR2 | 2 = |h2R | 2 , d = k12 + k R2 + k12 kR2 , (17)
d 0 = k22 + kR2 + k 22 kR2 , d1 = 1 + k12 , d2 = 1 + k22 , dR = 1 + kR2 ,
trong đó, với Ω1 = E{ρ1 } và Ω2 = E{ρ2 }, ta có
I1 = Ω e 1 P1 , I2 = Ωe 2 P2 , IR = Ω
e R PR , t1 = I1 +N1 , t2 = I2 +N2 ,
tR = IR + NR , với Ω1 và Ω2 lần lượt biểu thị khả năng triệt
e e tR dR t2 (Ω2 P2 d2 + Ω1 P1 d1 )
A2 , + ;
nhiễu tại S1 và S2 . Ω1 P1 Ω1 P1 Ω2 PR
Chú ý rằng, trong trường hợp k 1 = k2 = kR = 0, hệ thống 2P2 t2 d 0 d1
B2 , ;
này trở thành hệ thống lý tưởng. Ω1 P1 PR
d 0Ω2 P2 − dΩ1 P1
C2 , ;
Ω1 P1
p
III. PHÂN TÍCH PHẨM CHẤT HỆ THỐNG
p
U2 (x) , M2 (x)K1 2 M2 (x)
D2 x 3 E2 x 2 1 + C2 x
1. Xác suất dừng hệ thống F2 x
M2 (x) , + + ;
(1 − xd)3 (1 − xd)2 1 − xd 1 − xd
1) Biểu thức chính xác xác suất dừng:
Xác suất dừng hệ thống (OP: Outage probability) được
định nghĩa là xác suất mà tỉ số SINDR nhỏ hơn mức ngưỡng P2 t22 d12 d 0
D2 , ;
yêu cầu tối thiểu hệ thống đặt ra, tức là Ω1 P1 Ω2 PR2
t2 d1 (PR tR dR + P2 t2 d2 )
Pout = Pr{γ < x}, (13) E2 , ;
Ω1 P1 Ω2 PR2
t2 tR
trong đó γ là tỉ số SINDR và x là mức ngưỡng xem xét, F2 , .
Ω1 P1 Ω2 PR
với x = 2 R − 1, ở đây R là tốc độ yêu cầu tối thiểu của
hệ thống có đơn vị là bit/s/Hz. Từ đó xác suất dừng tại S2 Bằng phương pháp tương tự, ta xác định được xác suất dừng
được xác định như sau: tại S1 như sau:
∫∞ h A x B x2
1 − 2 1−xd0 e− 1−x1 d0 − (1−x1 d0 )2 U (x),
x < 1/d 0,
i
S2
= Pr{γ2 < x} = 1 − S1
=
Pout 1 − Fρ1 (X) fy (y)dy, (14) Pout (x) 1+C1 x 1
0 1,
x ≥ 1/d 0,
(18)
với X được xác định bằng
trong đó
2x 2 P2 t2 d1 d 0 x(PR tR dR + P2 t2 d2 )
X= + tR dR t1 (Ω1 P1 d1 + Ω2 P2 d2 )
P1 PR (1 − xd)2 P1 PR (1 − xd) A1 , + ;
x t2 d1 (PR tR dR + P2 t2 d2 )
2 xt2 tR Ω2 P2 Ω1 PR Ω2 P2
+ + 2P1 t1 dd2
yP1 PR2 (1 − xd)2 yP1 PR (1 − xd) B1 , ;
Ω2 P2 PR
x yP2 d0 x 3 P2 t22 d12 d 0 dΩ1 P1 − d 0Ω2 P2
+ + . (15) C1 , ;
P1 (1 − xd) yP1 PR2 (1 − xd)3 Ω2 P2
p p
Trong biểu thức (14), Fρ1 (X) và fy (y) lần lượt biểu thị hàm U1 (x) , M1 (x)K1 2 M1 (x) ;
phân phối tích lũy (CDF: Cumulative distribution function) D1 x 3 E1 x 2 1 + C1 x
F1 x
và hàm mật độ xác suất (PDF: Probability density function), M1 (x) , + + ;
(1 − xd ) 0 3 (1 − xd ) 0 2 1 − xd 1 − xd 0
0
với y = ρ2 − PRxt(1−xd)
2 d1
· P1 t12 d22 d
D1 , ;
Chú ý rằng, khi kênh truyền là kênh pha-đinh Rayleigh, Ω1 P2 Ω2 PR2
hàm CDF có dạng: t1 d2 (PR tR dR + P1 t1 d1 )
E1 , ;
Fρl (x) = 1 − e
− Ωx
l , x ≥ 0, l = 1 ÷ 2, (16) Ω1 P2 Ω2 PR2
t1 tR
F1 , .
với Ωl = E{|hl | 2 } là độ lợi trung bình của kênh truyền. Ω1 P2 Ω2 PR
29
- Các công trình nghiên cứu phát triển Công nghệ Thông tin và Truyền thông
Trong trường hợp phần cứng hệ thống là lý tưởng, biểu Do tính phức tạp của biểu thức OP ở (17) và (18) nên
thức (17) được đơn giản hóa thành việc đưa ra biểu thức chính xác từ (23) là không thực hiện
q được. Do đó, sử dụng biểu thức xấp xỉ ở (20) và (21) thay
Sid
q
−Aid
Pout (x) = 1 − 2e
2 2
x
M2 (x)K1 2 M2 (x) ,
id id (19) vào biểu thức (23) để tìm biểu thức gần đúng tỉ lệ lỗi ký
hiệu. Thông qua phép biến đổi tích phân từng phần, kết hợp
trong đó với áp dụng biểu thức (3.361.1) và (3.361.2) trong [28], ta
tR t2 (Ω2 P2 + Ω1 P1 ) xác định được biểu thức gần đúng SEP tại S1 và S2 tương
Aid
2 , + ; ứng như sau:
Ω1 P1 Ω1 P1 Ω2 PR
B2id = C2id = D2id = 0;
s
√ (s β
C1 + 2d 0
s !
α β 2π 2π
t2 (PR tR + P2 t2 ) SEP1 ≈ √ − β
erf
E2id , ; 2 2π β C1 + 2d 0 2d 0
Ω1 P1 Ω2 PR2 β s
C
β
!
− 2d10
s
t2 tR 2A1 e A1 2π C1
F2id , ; − β√
+ β β
erf
Ω1 P1 Ω2 PR C d0 C C 2d 0
1 1 1
M2id (x) , E2id x 2 + F2id x. β
C −2d 0
β 1
−2(C1 + d 0)e− 2d0
"
B1
Biểu thức OP tại S1 có dạng tương tự. + β √
(C1 − 2d 0)2 d 03
2) Biểu thức xấp xỉ xác suất dừng: s
β
s !#)
Để thu được biểu thức dạng đơn giản hơn của OP ở (17) 2π C1 − 2d 0
+3 β
erf , (24)
và (18), trong phần này, chúng tôi đưa ra biểu thức xấp xỉ C − 2d 0 2d 0
1
cho trường hợp công suất phát lớn. Khi công suất phát đủ
lớn, giá trị M1 (x) và M2 (x) trong biểu thức (17) và (18)
s
√ (s β
C2 + 2d
s !
rất nhỏ, sử dụng biểu thức xấp xỉ K1 (u) ≈ 1/u khi u 1, α β 2π 2π
SEP2 ≈ √ − β
erf
kết hợp với hàm xấp xỉ Taylor ev ≈ 1 + v khi v → 0, ta 2 2π β C2 + 2d 2d
xác định được biểu thức xấp xỉ trong trường hợp x < 1/d 0 C
β
2
s
s !
β
hoặc x < 1/d như sau: 2A2 e− 2d A2 2π C2
− β √ + β β
erf
ap C d C C 2d
S 2 2 2
Pout1 (x) ≈ 1 − e−(d +C1 )x + A1 xe−C1 x + B1 x 2 e(d −C1 )x , (20)
0 0
β
C −2d
β 2
−2(C2 + d)e− 2d
"
ap
S
≈ 1 − e−(d+C2 )x + A2 xe−C2 x + B2 x 2 e(d−C2 )x . (21) B2
Pout2 (x) + β √
(C2 − 2d)2 d3
s
β
s !#)
2. Phẩm chất lỗi ký hiệu 2π C2 − 2d
+3 β
erf , (25)
C − 2d 2d
Theo [2], tỉ lệ lỗi ký hiệu trung bình được xác định thông 2
qua biểu thức: trong đó, erf∫ là hàm lỗi (error function) được xác định bởi
x 2 β β
∫∞ 2 2 erf(x) = √2π 0 e−t dt, C1 = β + 2C1 và C2 = β + 2C2 .
n p o α t t
SEP = αE Q βγ = √ F e− 2 dt, (22) Trong trường hợp phần cứng là lý tưởng, xác suất lỗi ký
2π β
0 hiệu tại S2 có dạng đơn giản là
trong đó, αAid
2
∫∞ SEPid
2 ≈ , (26)
1 2 /2 2β
Q(x) = √ e−t dt,
2π và tại S1 có dạng tương tự.
x
giá trị γ là SINDR của hệ thống, α và β được xác định IV. TỐI ƯU HÓA PHÂN BỔ CÔNG SUẤT CHO
thông qua dạng điều chế (chẳng hạn, với điều chế BFSK HỆ THỐNG
trực giao, α = β = 1, với điều chế BPSK, α = 1, β = 2),
Đối với truyền thông song công trên cùng băng tần, độ
F(x) là CDF của SINDR và bằng Pout (x) với Pout (x) được
lớn của nhiễu tự giao thoa còn sót lại quyết định đến sự
xác định từ biểu thức (17) và (18). Đặt x = t 2 /β, ta xác
tồn tại của hệ thống. Để giảm ảnh hưởng của nhiễu tự giao
định được SEP thông qua biểu thức
thoa, nâng cao phẩm chất hệ thống, việc phân bổ công suất
√ ∫∞ −βx/2 phát hợp lý là điều hết sức cần thiết. Vì vậy, cần tính toán
α β e
SEP = √ √ F(x)dx. (23) để phân bổ công suất phát cho nút chuyển tiếp và hai nút
2 2π x
0 đầu cuối phù hợp.
30
- Tập V-1, Số 39, 11.2018
Để thuận tiện cho việc tính toán, chúng tôi giả sử rằng Hiệu năng hệ thống được tập trung khảo sát tại S2 , kết
Ω1 = Ω2 , Ω
e1 = Ωe 2 , N1 = N2 , k1 = k2 và P1 = P2 . Như vậy, quả tại S1 được xác định bằng phương pháp tương tự. Các
mô hình khảo sát trở thành mô hình đối xứng (symmetric), tham số còn lại sử dụng trong mô phỏng và đánh giá như
tức là mô hình có hai nút đầu cuối giống hệt nhau. Từ đó sau: Ω1 = Ω2 = 1 và Ωe1 = Ω
e2 = Ω
e R = Ω.
e
ta có: d = d 0, d1 = d2 , t1 = t2 , A1 = A2 , B1 = B2 và Hình 2 minh họa xác suất dừng tại S2 theo SNR trung
C1 = C2 = 0. Chúng tôi xem xét tổng công suất phát của bình, trong đó chất lượng hệ thống với phần cứng không
hệ thống là P1 + P2 + PR = P. Đặt P1 = P2 = λP, từ đó lý tưởng được so sánh với hệ thống có phần cứng lý tưởng
PR = (1 − 2λ)P. (ideal hardware). Đồng thời, phẩm chất OP khi sử dụng
Với những điều kiện trên, (18) được giản lược thành
Các công trình nghiên cứu, phát triển và ứng dụng CNTT-TT
phân bổ công suất tối ưu (λ = λ∗ ) ở các biểu thức (30)
A x B x2 và (31) được so sánh với phân bổ công suất ngẫu nhiên
− 1 − 1
S1
Pout (x) ≈ 1 − (1 − xd)e 1−x d (1−x d)2 = f (λ), (27) (λ = 1/10), với mức ngưỡng khảo sát choidOP là x = 1. sở nhữ
*id 2( P N R )
Trêncơ sở những Rkết quả phân , và thử
(31) về lỗi
cho trường hợp x < 1/d. Lấy đạo hàm theo λ ta có P N ) 2( tích, đo lường
nghiệm vềlỗi
4(phần
R cứng tích
R
P
hợp cũng
1 như2Nkhả
)
1 năng SIC
hệ thố
B x2 A10 B10 x
A x
− 1−x1 d − 1 2 cho hệ thống FD, chúng tôi khảo sát phẩm chất hệ thống với
f (λ) = x(1 − xd)e
0 (1−x d) + , P N )( P 2N ) . với
1 − xd (1 − xd)2 vớilỗiphần
id
cứng
2( và RSI tương
R R 1 là k 1 = 1k 2 = k R = k = 0, 1
ứng
(28) và Ωe = −30 dB. Đường lý thuyết chính xác và xấp xỉ thể k1 k
KẾT
V. hiện QUẢ TÍNH TOÁN SỐ VÀ THẢO LUẬN
trong A10 và B10 lần lượt là đạo hàm của A1 và B1 theo λ. kết quả ở các biểu thức (17) và (21) cho trường hợp
Sau một số phép biến đổi toán học, cho f 0(λ) = 0, ta thu Để kiểm
phần chứnglýkết
cứng không quảvàphân
tưởng, tích,(19)
biểu thức tínhcho
toán
trườngOP , thuyết
được phương trình sau: SEP và phân bổ công suất tối ưu cho hệ thống khảo
hợp phần cứng lý tưởng. (17) v
aλ + bλ + c = 0,
2 Mức độ ảnh hưởng của lỗi phần cứng đến OP hệ thống
(29) sát, chúng tôi sử dụng mô phỏng Monte Carlo, xem
tưởng
là lớn, đặc biệt ở vùng SNR cao (trên 30 dB). Lỗi phần
xétcứng
ảnhkếthưởng củanhiễu
lỗi phần cứng và mức độmức
nhiễu tưởng
trong đó: hợp với dư, làm cho OP sớm đạt bãodư
đếnhòa.phẩm
Điều chất hệhiện
này thể thống. Trong
rõ trong đó tỉ
kết quả tínhsốtoán
SNR trung
xác suất
phần
a = −4dR (1 − xd)(Ω e R P + NR ) + 2d1 (Ω e 1 P + 2N1 ),
cao (t
dừng, bằng cách cho công suất phát tiến đến vô hạn, ta
b = 4dR (1 − xd)(Ω
e R P + NR ), bình được xác định bằng biểu thức SNR P0 / N 0 ,
sẽ thu được biểu thức OP là một hằng số khác 0. Trong dư, là
c = −dR (1 − xd)(Ωe R P + NR ).
vớikhiPđó, với
P phần và N
/ 3 cứng N 1OP
lý tưởng, tiếp N
N 2 tục giảm Mặt
khi1 .tăng hiện r
SNR.0 Mặt khác, phân bổ0công suất tối ưu cho Rđộ lợi đáng
Phương trình (29) chỉ có một nghiệm dương, và nghiệm đó khác, hiệu năng hệ thống được tập trung khảo sát tại
kể so với trường hợp ngẫu nhiên, đặc biệt cho hệ thống lý cách c
chính là giá trị của λ để f (λ) đạt cực tiểu. Từ đó, giá trị được b
tối ưu cần tìm là , kết quả
S2 tưởng. Chú tại S1 được
ý rằng, xác tham
với những địnhsốbằng phương
đã chọn, phân pháp
bổ
√ công suất tối ưu có giá trị từ 0, 25 đến 0, 3 cho cả hệ thống đó, vớ
−2dR (1 − xd)(Ω e R P + NR ) + ∆ tương
lý tự. vàCác
tưởng khôngtham số còn lại sử dụng trong mô
lý tưởng.
λ =
∗
e R P + NR ) + 2d1 (Ω e 1 P + 2N1 )
, (30) tăng S
−4dR (1 − xd)(Ω
phỏng, Hình 3đánh giá suấtnhư
thể hiện xác dừng tạisau:
S2 theo hệ1sốphân
2 bổ 1 ;
lợi đán
trong đó công suất, với mức nhiễu dư và lỗi phần cứng khác nhau.
. hệ thố
∆ = 2d1 dR (1 − xd)(Ω
e R P + NR )(Ω
e 1 P + 2N1 ). 1 2 R
0
chọn,
10
Trong trường hợp lý tưởng, hệ số phân bổ công suất tối 0.3 ch
ưu được xác định bởi 1 / 10
√ *
−2(Ωe R P + NR ) + ∆id
λ =
∗id
, (31) -1
e R P + NR ) + 2(Ω
e 1 P + 2N1 ) 10
Xaùc suaát döøn g (OP)
−4(Ω
trong đó
∆id = 2(Ω
e R P + NR )(Ω
e 1 P + 2N1 ).
-2
10 Lyù töôûng (moâ phoûng)
Lyù töôûng (lyù thuyeát)
V. KẾT QUẢ TÍNH TOÁN SỐ VÀ THẢO LUẬN Khoâng lyù töôûng (moâ phoûng)
Khoâng lyù töôûng (lyù thuyeát)
Để kiểm chứng kết quả phân tích, tính toán OP, SEP và
-3
Khoâng lyù töôûng (xaáp xæ)
phân bổ công suất tối ưu cho hệ thống khảo sát, chúng tôi 10
0 5 10 15 20 25 30 35 40
sử dụng mô phỏng Monte Carlo, xem xét ảnh hưởng của Tæ soá SNR trung bình [dB]
lỗi phần cứng và mức độ nhiễu dư đến phẩm chất hệ thống.
Trong đó tỉ số SNR trung bình được xác định bằng biểu thức Hình
Hình 2. Xáchưởng
2. Ảnh suất của
dừng tại S
lỗi phần cứng
2
theo
và hệsựsố thay đổi
phân bổ SNR
công suất .
SNR = P0 /N0 , với P0 = P/3 và N0 = N1 = N2 = NR = 1. đến xác suất dừng tại S2 .
Hình 2 minh họa xác suất dừng tại S2 theo SNR
31
trung bình. Trong đó chất lượng hệ thống với phần Hìn
cứng không lý tưởng (impairments) được so sánh với
phân b
hệ thống có phần cứng lý tưởng (ideal hardwares).
khác n
Đồng thời, phẩm chất OP khi sử dụng phân bổ công
- tăng SNR . Mặt khác, phân bổ công suất tối ưu cho độ
phỏng, đánh giá như sau: 1 2 1 ;
lợi đáng kể so với trường hợp ngẫu nhiên, đặc biệt cho
. hệ thống lý tưởng. Chú ý rằng, với những tham số đã
1 2 R
Các chọn, phân bổ công suất tối ưu có giá trị từ 0.25 đến
0 công trình nghiên cứu phát triển Công nghệ Thông tin và Truyền thông
10
0.3 cho cả hệ thống lý tưởng và không lý tưởng.
1 / 10
Trong đó, *
xác suất dừng được khảo sát với SNR = 40 dB 10
0
cho hai trường hợp: (i) k = 0, 05 và Ωe = −25 dB, (ii) Các công trình nghiên cứu, phát triển và ứng dụng CNTT-TT
Lyù töôûng (moâ phoûng)
-1 Lyù töôûng (lyù thuyeát)
k = 0, 1 và Ω = −30 dB, các tham số còn lại sử dụng như
10
Xaùc suaát döøn g (OP)
Khoâng lyù töôûng (moâ phoûng)
e
ở Hình 2.
( k 0.05; 25 dB ) phẩm chất OP cho hệ
-1
Khoâng lyù töôûng (lyù thuyeát)
Khoâng lyù töôûng (xaáp xæ)
ph
Xaùc suaát döøn g (OP)
10
Trong trường hợp (i), phẩm chất OP cho hệ thống lý
tho
tưởng và không lý tưởng có sự thay đổi rõ rệt theo λ. Khi thống lý tưởng và không lý tưởng có sự thay đổi rõ rệt
vậy
-2
10 Lyù töôûng (moâ phoûng)
ta tăng mức độ lỗi phần cứng, từ 0,05 ở trường hợp (i) lên theo . Khi ta tăng mức độ lỗi phần cứng (từ 0.05 ở
Lyù töôûng (lyù thuyeát)
0,1 ở trườngKhoânghợplyù töôûn(ii),
g (moâOP hệ thống không lý tưởng đạt tới
phoûng) trường hợp-2
1 lên 0.1 ở trường hợp 2), OP hệ thống các
10
) khác biệt khi λ thay đổi. Kết
Khoâ n g lyù töôû
bão hòa, do đó không có sự n g (lyù
Khoâng lyù töôûng (xaáp xæ)
thuyeát
không lý tưởng đạt tới bão k hòa, 25dB
0.05; do đó không có sự thi
quả-3 cho thấy sự đúng đắn của kết quả phân tích so với kết
10
quả khảo sát. Đồng thời khi lỗi phần cứng lớn, kết hợp với khác biệt khi thay
hiệ
k đổi. Hình 3 cho thấy sự đúng đắn
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Tæ soá SNR trung bình [dB] 0.1; 30dB
công suất phát đủ lớn, có thể sử dụng phân bổ công suất
của kết 10quả
-3
phân tích so với kết quả khảo sát. Đồng
Hình 2. Xác suất dừng tại S theo sự thay đổi SNR .
cố định cho hệ thống để giảm độ phức
2
tạp. 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25
thời khi lỗi phần cứng lớn, kết
λ
0.3 0.35 0.4 0.45
hợp với công suất phát
Hình 4 khảo sát OP tại S2 theo mức độ ảnh hưởng của
e = −30 dB, sử dụng đủ lớn,Hình có thể sửHình
3. Xác dụng
suất phân
dừng bổ
suấttại Scông S2suất
theo cốđịnh
. hệ số . cho
Hìnhlỗi2 phần
minhcứng,
họavớixác
SNRsuất dừng
= 40 dB vàtạiΩ S2 theo SNR 3. Xác dừng
2
tại
phân bổ công suất tối ưu và tốc độ truyền dẫn thay đổi, hệ thống để giảm độ phức tạp.
trung bình.
R = 1;Trong đó chất
2; 3 bit/s/Hz. Chúlượng hệ kthống
ý rằng khi với phần
1 = k 2 = k R = k = 0, Hình100 3 thể hiện xác suất dừng tại S2 theo hệ số
cứng không lý tưởng
phẩm chất OP của(impairments)
hệ thống khảo sát được so sánh
trở thành OP với
cho hệ Khoâng lyù töôûng (moâ phoûng)
phân bổ công suất,
Khoâng lyùvới
töôûngmức
(lyù thuyeánhiễu dư và lỗi phần cứng
hệ thống có phần cứng lý tưởng (ideal hardwares).
thống lý tưởng. Kết quả cho thấy sự ảnh hưởng lớn của t)
lỗi phần cứng đến phẩm chất hệ thống. Ngay cả khi lỗi rất khác nhau. Trong đó, xác suất dừng được khảo sát với
Khoân g lyù töôûn g (xaá p xæ)
Đồng thời, phẩm chấtphẩm
= 0, 01), OPchất khihệsử dụngbắt phân bổ socông
nhỏ (k thống đầu giảm với hệ
SNR=40dB cho hai trường hợp: k 0.05; 25
Xaùc suaát döøn g (OP)
-1
10
suất tối ưu ( ) ở biểu thức (30) và (31) được so
thống lý *
tưởng. Khi lỗi lớn (k = 0, 15) phẩm chất hệ thống
giảm 10 lần so với hệ thống lý tưởng. dB và k 0.1; 30 dB , các tham số còn lại sử
sánh với phân bổ công suất ngẫu nhiên ( 1 / 10 ),
Trênvàcơkhả dụng như ở Hình 2. Trong trường hợp thứ nhất
Hình 5 minh họa tổng quan về xác suất dừng dưới sự ảnh
với mứchưởng
ngưỡng
đồngkhảo sát hai
thời của choyếu
OP x
là lỗi
tố là 1 . cứng
phần 10
-2
năng triệt nhiễu tự giao thoa với SNR = 40 dB và λ = 0, 3. 1,2, 3
H
Trong trường hợp k = 0 và Ω e = 0, hệ thống khảo sát trở
thành hệ thống HD với phần cứng lý tưởng. Cả lỗi phần -8-
Các công trình nghiên cứu, phát triển và ứng dụng CNTT-TT -3 Tập …, Số …, tháng …/2018
cứng và nhiễu tự giao thoa đều ảnh hưởng lớn đến phẩm 10
0 0.05 0.1 0.15
chất hệ thống, vì vậy để hệ thống FD hai chiều có thể hoạt kk
phần cứng lý tưởng. Cả lỗi phần cứng và nhiễu tự giao
0.05;
( k được,
động cácgiải
pháp
25 dBkỹ) thuật
phẩmvề chất OP tự
triệt nhiễu cho giaohệ (Th
thống
thoa lý tưởng
và thiết và cứng
kế phần khôngcần
lý được
tưởngtiến
có hành
sự thay
đồng thoa4.
rệt Hình
đổibộrõvà Hình Xác
4.đều
Ảnh suất
ảnh
hưởng dừng
hưởng
của tạiđến
lỗilớn
phần Scứng
2
theo
phẩm lỗi
xác phần
k tớichất suất cứng
hệ dừng
thống,
tại vì
Sk2 .
có theo . Khi ta tăng mức độ lỗi phần cứng (từ 0.05 ở vậy để hệ thống FD hai chiều có thể hoạt động được,
hiệu quả.
với tốc độ truyền dẫn khác nhau. k
trường
Hình hợp
6 so 1 lên
sánh thông 0.1lượng ở trường hệ thốnghợpxem
2), xét hệ thống
OP(Through- các giải
Hình khảokỹsát
4 pháp OP
thuật tại nhiễu
về triệt S2 theo mức
tự giao thoađộvàảnh lượ
putkhông lý tưởng với đạt
hệ tới bão lýhòa, do đó k = có
với không 0, 1;sự thiết kế phần cứng cần được tiến hành đồng bộvà có
- bit/s/Hz) thống tưởng
hưởng của lỗi phần cứng, với SNR=40dB, 30
Ω= và λ =thayλ . đổi. đắn hiệu quả.
−30biệt ∗ Trong đó,3thông lượng
khác dBkhi Hình cho thấy sựhệ thống
đúng
e
được xác định thông qua biểu thức T = R(1 − OP). Với tốc dB , sử dụng phân bổ công suất tối ưu và tốc độ (
của kết quả phân tích so với kết quả khảo sát. Đồng
độ truyền dẫn thấp (R = 2), ảnh hưởng của lỗi phần cứng truyền dẫn thay đổi, 1, 2, 3 bit/s/Hz . Chú ý rằng lượ
đếnthời khilượng
lỗi phần cứng lớn,kể.kết hợp với
khi công
tốc độsuất phát
thông không đáng Nhưng truyền
tăn
1
đủ lớn, có thể sử dụng phân bổ công suất
dẫn tăng lên (R = 3; 4), hệ thống với lỗi phần cứng không khi k 0.8cố định cho k2 k R k 0 , phẩm chất OP của hệ
Xaùc suaát döøn g (OP)
1
thểhệđạtthống để giảm
tới tiệm cần yêu độ phứccầu ngay tạp. cả khi SNR đủ lớn. Khi kh
hệ thống không lý tưởng chỉ đạt T = 2, 5 thống khảo sát trở thành OP cho hệ thống lý tưởng.
0.6
R = 4 bit/s/Hz,
10
0
đủ
hệ thống FD truyền dẫn tốc độ cao, Hình 4 cho thấy sự ảnh hưởng lớn của lỗi phần cứng
Khoâng lyù töôûng (moâ phoûng) 0.4
bit/s/Hz. Vì vậy, cho
việc sử dụng các thiết
Khoâng lyù töôûng (lyù thuyeát)
bịtöôûphần cứng giá thành cao để đảm đến phẩm0.2 chất hệ thống. Ngay cả khi lỗi rất nhỏ
chỉ
Khoâng lyù ng (xaáp xæ)
bảo phẩm chất hệ thống là điều tất yếu. tru
(k 0.01) , phẩm chất hệ thống bắt đầu giảm so với
0
Xaùc suaát döøn g (OP)
-1
cứn
10
Hình 7 minh họa phẩm chất lỗi ký hiệu tại S2 theo SNR 0.2 0.3
trung bình, sử dụng điều chế BPSK với k = 0, 1; Ω e = hệ thống lý tưởng. Khi lỗi lớn (k Ω 0.15) phẩm chất
kk 0.1
0.1
0.2
điề
−30 dB và λ = 1/3 (tức là P1 = P2 = PR ). Trong đó,
10
-2
đường lý thuyết thể hiện kết quả ở biểu thức (25) và (26).
hệ thống giảm 10 lần so với
0 0
hệ thống lý tưởng.
1,2, 3
Ta thấy rằng, khi SNR thấp (dưới 10 dB) sự sai khác giữa Hình
Hình
Hình 5. 55.
XácXác
suấtsuất
minh họadừng
dừng tổng
tại Stại quantheo
S2 lỗi
2 theo về
phầnlỗi
xácphần
cứng kcứng
suất vàdừng vàdưới
khảk năng
triệt nhiễu Ω.
phân tích lý thuyết và kết quả mô phỏng là khá lớn. Nhưng
sự ảnh hưởng đồng thờitriệt
khả năng củanhiễu
hai
yếu
. tố là lỗi phần
e
-3
cứng và khả 6 sonăng triệt lượng
nhiễu hệtựthống
giaoxem
thoaxét với
10
kk
0 0.05
32
0.1
Hình 0.15
sánh thông
Hình 4. Xác suất dừng tại S2 theo lỗi phần cứng k . SNR=40 dB , 0.3 . Trong trường hợp k 0 và
(Throughput - bit/s/Hz) với hệ thống lý tưởng với
k 0, 0.1 30dB và * . Trong đó, thông
hệ ,thống khảo sát trở thành hệ thống HD với
Hình 4 khảo sát OP tại S2 theo mức độ ảnh lượng hệ thống được xác định thông qua biểu thức
30
hưởng của lỗi phần cứng, với SNR=40dB, (1 OP) . Với tốc độ truyền dẫn thấp
- Tập V-1, Số 39, 11.2018
Các công trình nghiên cứu, phát triển và ứng dụng CNTT-TT Tập …, Số …, tháng …/2018
Các công trình nghiên cứu, phát triển và ứng dụng CNTT-TT thống có phần cứng không Tập …, Sốcó…,
lý tưởng phẩmthángchất…/2018
kém hơn
4
công
nhiều lần, hai
nhất chiều
là trong trong
trường trường
hợp hệ hợp
số méocó dạnglỗi phần
lớn. cứng.
Lyù töôûng (moâ phoûng)
3.5 4
Lyù töôûng (lyù thuyeát) BênĐồng
công
cạnhhai thời,
đó, để
chiều
so với nâng
hệtrong
thống cao phẩm
trường
HD chấtthìcó
hợp
lý tưởng hệ thống,
hệlỗithốngphầnFDchúng
cứng.tôi
đưalýrathời, giá trị để phân
có phẩm bổ
nâng caocông
chất kém suất
phẩm chấttối
hơn nhiềuưu và chosớm haiđạt nút đầu
Thoân g löôïn g heä thoán g (bit/s/Hz)
Khoâ
Lyùntöôû
g lyùngtöôûng phoû
(moâ (moânphoû
g) ng) không tưởng
33.5
Khoâ
Lyùntöôû
g lyùngtöôû
(lyùngthuyeá
(lyù thuyeá
t) t) Đồng
tới mức bão hòa khi công suất phát đủ lớn. Vì vậy, ngoài
hệ thống, chúng tôi
cuối
đưa và
ra hiện nút
giá trị chuyển
tốt phân
các kỹbổ
tiếp.
công Kết
để suất
quả phân
tối ưutựcho tích
giaohai
đã chứng
thoanút đầu
Thoân g löôïn g heä thoán g (bit/s/Hz)
2.5 3 Khoâng lyù töôûng (moâ phoûng)
Khoâng lyù töôûng (lyù thuyeát)
việc thực thuật triệt nhiễu
22.5 chominh
truyền sự ảnh
thông hưởng
song công của
cuối và nút chuyển tiếp. Kết quả phân tích nhà lỗi
trên phần
cùng cứng
băng tần,và cácnhiễu tự giao
đã chứng
sảnthoa còn sóthưởng
lại tốt
đến phẩm chất hệ thống khitựsogiao sánh
1.5 2
minh
xuất cần
sự ảnhthực hiện
của
việc
lỗi phần
hạn chế
cứng
lỗi phần
và nhiễu
cứng nhằm
làm giảm tác động tới phẩm chất hệ thống, từ đó tạo tính
với hệ
thoa cònthốngsót lại lýđến tưởng, phẩm đặc biệthệcho hệ thống truyền
4 khả thi cho truyền thông song côngchấttrên cùng thống
băng khi tần. so sánh
dẫn hệ tốcthống
độ cao. lý So với hệ đặcthống lý tưởng, hệ thống
truyềncó
11.5
3 với tưởng, biệt cho hệ thống
0.5 1
2 3
4 TÀIphầntốccứng
dẫn LIỆU
độ cao.
THAM không So với
KHẢO lý hệ tưởngthống cólýphẩmtưởng,chất kém có
hệ thống hơn
[1] D. Choi and J. H. Lee, “Outage probability of two-way full-
00.5
0 5 2 10 15 20 25 30 35 40 nhiều
phầnduplex lần,
cứng nhất
relayingkhôngwithlà imperfect
trong
lý tưởng trườngcó phẩm
channel hợpinformation,”
state hệchất số kém
méo hơn dạng
Tæ soá SNR trung bình [dB]
0
0 5 10 15 20 25 30 35 40
lớn.
nhiều
IEEE
Bênlần,cạnh nhấtđó,
Communications
June 2014.
so vớitrường
là trong
Letters,
hệ thống
vol. 18,
hợpHD,
no. 6,
hệ lý
pp.
số tưởng
méo dạng
933–936,
thì hệ
Hình
Hình6.6.Thông
Thông lượng
lượng hệhệ
Tæ soá SNR trung bình [dB]
thống thốngtheotheo
sự thay sựđổi
thay đổi
SNR và SNR
tốc độ . thống
lớn.
[2] Cui,FD,
H. Bên cạnh
M. không
Ma, đó,L. so lývớitưởng
Song, hệ B.
and có
Jiao, phẩm
thống “Relaylýchất
HD, tưởng
selectionkém thì hệhơn
truyền dẫn khác nhau. for two-way full duplex relay networks with amplify-and-
6.0 Thông lượng hệ thống theo sự thay đổi SNR .
Hình 10 nhiều
thống
forwardvà
FD, sớmkhông
protocol,” đạt IEEEtới mức bão
lý Transactions
tưởng cóonhòa
phẩm khichất
Wireless công
Commu- kémsuấthơn phát
10
0 nhiều
đủA.lớn.
[3]
vàVìsớm
nications,
Sabharwal, vậy,
vol.
đạtSchniter,
P. ngoài
13, no.
tới mức
7,
việc
pp.
bão
thựcD.
3768–3777,
D. Guo,
hòa
hiện khi
Jul.
tốtcông
2014.
W. Bliss, các suất
kỹ
S. Ran-
phátđể
thuật
-1
đủ
triệtlớn. Vìandvậy,
nhiễu
garajan, tự ngoài
R. giao
Wichman, việc
thoa thực truyền
cho
“In-band hiện tốtthông
full-duplex các kỹsong
wireless:thuậtcôngđể
Challenges and opportunities,” IEEE Journal on Selected
Xaùc suaát loãi kyù hieäu (SEP)
triệt nhiễu tự giao tần,thoa cho truyền thông songhiện côngtốt
10
-1 trên cùng
Areas băng
in Communications, cácvol. nhà 32,sản
no. 9,xuấtpp. cần thực
1637–1652,
Xaùc suaát loãi kyù hieäu (SEP)
10
trên
việc
[4]
cùng
2014.
hạn chế
D. Bharadia,
băng E. lỗi
tần,phần
McMilin,
các nhà
andcứng
sản
nhằm
S. Katti,
xuấtduplex
“Full làm
cần giảmthực hiện tốt
radios,”tác động
việc hạn chế lỗi phần cứng từnhằm làmtính giảm(SIG- tác thi
động
-2
10 tớiin phẩm
Proceedings chất of hệ
the thống,
ACM SIGCOMM đó Conference
tạo khả cho
-2 COMM ’13). New York, USA: ACM, 2013, pp. 375–386.
10 tới
truyền
[5] phẩm chất
thôngB.-J.
Y. Y. Kang, songhệ
Kwak,thống,
công andtrên từ đó
J. H. cùng tạo
Cho, “An băngtính khả
tần. full-
optimal thi cho
10
-3
Lyù töôûng (moâ phoûng) truyền
duplexthông
af relay song công
for joint trên
analog cùng băng
and digital tần.
domain self-
interference cancellation,” IEEE Transactions on Communi-
10
-3 LyùLyùtöôûngng(lyù
töôû (moâthuyeá
phoûtn)g) TÀI LIỆU
cations, THAM
vol. 62, no. 8, pp. KHẢO 2758–2772, 2014.
Khoâ
Lyùntöôû
g lyùngtöôû
(lyùngthuyeá
(moâtphoû
) ng)
Khoâng lyù töôûng (lyù thuyeát)
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[6] D. Korpi, L. Anttila, V. Syrj¨al¨a, and M. Valkama,
-4 Khoâng lyù töôûng (moâ phoûng) [1]“Widely-linear
D. Choi and self-interference
digital J. H. Lee, "Outage cancellationProbability
in of
10
0-4 5 Khoâng10lyù töôûng15(lyù thuyeá
20t) 25 30 35 40 [1] direct-conversion
D.
Two-Way full-duplex
Choi andFull-Duplex transceiver,”
J. H. Lee, Relaying arXiv preprint
"Outage Probability
With Imperfect of
10
0 5 10Tæ soá 15 SNR trung 20 bình25
[dB] 30 35 40 arXiv:1402.6083, 2014.
Two-Way
Channel Full-Duplex
State “Active Relaying With Imperfect
Information," IEEE
Tæ soá SNR trung bình [dB] [7] J. R. Krier and I. F. Akyildiz, self-interference
Channelof passbandState
Communications Letters, Information,"
vol. 18,descent,” IEEE
pp. 933-936,
Hình 7. Xác suất lỗi ký hiệu tại S2 theo SNR . cancellation
Communications
in Proceedings
signals
Letters,
using gradient
vol. 18, pp. 933-936,
7. Xác suất lỗi ký
tại hiệu
S2 theotại
2014. of the IEEE 24th International Symposium
Hình
Hình 7. Xác suất lỗi ký hiệu S2 với
SNR, theo SNR
P1 = P2 = .PR . on Personal Indoor and Mobile Radio Communications
[2] 2014.
H. IEEE,
Cui, M. Ma, L. Song, and B. Jiao, "Relay
Hình 7 minh họa phẩm chất lỗi ký hiệu tại S2 theo [2](PIMRC). H. Cui, 2013,
Selection Ma,pp. 1212–1216.
M. Eltawil, L.“All-digital
Song, and FullB. Duplex
Jiao, "Relay
Hình 7 minh họa phẩm chất lỗi ký hiệu tại S2 theo [8] E. Ahmed and A. M. for Two-Way self-interference Relay
Selection for Two-Way Full Duplex Relay
SNR trung
ở vùng SNRbình,
caosử dụng
(trên điềukếtchế
10 dB) quảBPSK vớihoàn
tính toán k toàn0,1 , Networks
cancellation techniqueWith Amplify-and-Forward
for full-duplex systems,” IEEE Trans- Protocol,"
SNRđúngtrung
với kếtbình, sử dụng
phỏng.điềuĐồngchế BPSK với=k40dB, 0,1 , actions Networks
on
IEEEWireless With Amplify-and-Forward
Communications,
Transactions vol. 14, no.
on Wireless 7, Protocol,"
pp.
Communications,
quả mô thời, với SNR
30dB và 1 / 3 (tức là P P P ). 3519–3532,
IEEE 2015.
vol.and Transactions
13,A.pp. 3768-3777, on Wireless Communications,
2014. of amplify-
hệ
thống
30dB vớivàlỗi phần
cứng (tức cao
1 / 3có SEP là hơn
P1110
lần
P22 so
với
PRR ). [9] T. M. Kim
vol. 13, pp.Paulraj, “Outage probability
3768-3777, 2014.
[3]and-forward
A. Sabharwal,
cooperation with P. Schniter,
full duplex D.relay,”
Guo, in D.Pro-
W. Bliss, S.
Trong đó, đường lý thuyết thể hiện kết quả ở biểu thức
hệ thống lý tưởng. [3]ceedingsA. ofSabharwal, P. Schniter, D. Guo, D. W. Bliss,Full-
S.
Trong đó, đường lý thuyết thể hiện kết quả ở biểu thức the Wireless and
Rangarajan, Communications
R. Wichman, and Networking
"In-Band
(25) và (26). Ta thấy rằng, khi SNR thấp (dưới Rangarajan,
Conference (WCNC). IEEE,
Duplex and
Wireless: R.
Apr. Wichman,
2012, pp. 75–79.
Challengesand "In-Band Full-
andM.Opportunities,"
(25)
VI. và
KẾT(26).
LUẬN Ta thấy rằng, khi SNR thấp (dưới [10] C. H. de Lima, H.
Duplex Alves, P.Challenges
Wireless: H. Nardelli, and Latva-
Opportunities,"
10dB) sự sai khác giữa phân tích lý thuyết và kết quả IEEE Journal on Selected
aho, “Effects of relay selection strategies on the spectral Areas in
10dB) Bằngsựphương
sai khác pháp giữaphânphân
tích tích lý thuyết
giải tích, và kết
biểu thức quả
chính
IEEE Journal
Communications,
efficiency of wireless systems
on
vol.
Selectedfull-duplex
32,half-and
with
Areas
pp. 1637-1652, 2014.
in
mô xác
phỏng là khá lớn. Nhưng ở vùng SNR cao (trên Communications,
[4]nodes,” IEEE Transactions on
D. Bharadia,
vol. 32, pp.
E. Vehicular
McMilin,
1637-1652, 2014.
and S.vol.Katti,
Technology, 66, "Full
mô phỏng
và gầnlàđúng
khácủa lớn.
xácNhưng
suất dừng ở vùng SNRlỗi cao
và xác suất ký hiệu
(trên [4]no. 8, pp.
D.7578–7583,
Bharadia,2017. E. McMilin, and S. Katti, "Full
10dB) kết
đã được quả
đưa tính
ra cho hệtoán
thốnghoàntruyềntoàn
dẫn song
10dB) kết quả tính toán hoàn toàn đúng với kết quả đúng với
công haikết quả
chiều duplex
[11] T. Riihonen,
duplex
radios,"
S. Werner, in
radios,"andin R.ACM
ACM
Wichman, SIGCOMM
“Hybrid full-
SIGCOMM
Computer
Computer
trong trường hợp có lỗi phần cứng. Đồng thời, để nâng cao Communication
duplex/half-duplex Review,
relaying with 2013,
transmit powerpp. 375-386.
adaptation,”
mô phỏng.
môphẩm phỏng. Đồng
chất Đồng
thời,
thời,
hệ thống,
với
chúng SNR=40dB
vớitôi
SNR=40dB , hệ
hệ thống
đưa ra giá trị ,phân thống với
với
bổ công
Communication
[5]IEEE Transactions
Y. Y. Y. Kang,
Review,
on Wireless
Kang,
2013, pp.
Communications,
B.-J. Kwak,
Kwak,and
375-386.
andJ.J.H. vol. 10,
H.Cho,Cho,"An
"An
[5] Y.
no. 9, pp. 3074–3085, B.-J.
Sept. 2011.
lỗilỗiphần
phần
suất cứng
tốicứng có
ưu cho SEP
cóhai nút cao
SEP cao hơn
đầu hơn 10
cuối lần
10nút
và so
so với
lầnchuyển hệ
hệ thống
vớitiếp. thống
Kết optimal
[12] J. Hu, F.optimal
full-duplex
Liu, andfull-duplex
AF
AF relay
Y. Liu, “Achievable
relay for joint
for joint
rate analysis
analog
of analog
two- andand
digital domain self-interference cancellation,"
lýlýtưởng.
quả phân
tưởng.
tích đã chứng minh sự ảnh hưởng của lỗi phần way fulldigital
duplex relay with jointself-interference
domain relay and antenna selection,”
cancellation,"
cứng và nhiễu tự giao thoa còn sót lại đến phẩm chất hệ IEEE
in Proceedings
IEEE Transactions
of the IEEE Wireless
Transactions on Communications,
Communications and vol. 62,
on Communications, vol. 62,
VI. KẾT
VI.thống LUẬN
KẾTkhi LUẬN
so sánh với hệ thống lý tưởng, đặc biệt cho hệ
Networking
pp.Conference
pp. 2758-2772,
2758-2772, 2014.March 2017, pp. 1–5.
(WCNC),
2014.
[13] A. Koc, I. Altunbas, and A. Yongac¸oglu, “Outage probability
[6]of two-way
D. Korpi,
Korpi, L.Anttila,
Anttila, V.V.Syrjälä,
Syrjälä, andM.M.Valkama,
Valkama,
Bằng
Bằngphương
thống
phương pháp
truyền dẫn tốc độ phân
pháp phân tích tích giải
giải tích,
cao. So với hệ
tích, biểu
thống lý tưởng, thức
hệ
biểu thức
[6] D. L.
full-duplex
"Widely linear
af relay systems
digital
over and
nakagami-m
self-interference cancellation
"Widely linear digital self-interference cancellation
chính
chínhxác
xácvàvàgần
gầnđúng
đúng xác
xác suất
suất dừng,
dừng, xác
xác suất
suất lỗi
lỗi ký
ký
33 in direct-conversion
in direct-conversionfull-duplexfull-duplextransceiver,"
transceiver,"IEEE IEEE
hiệu
hiệuđãđãđược
được đưa
đưa rara cho
cho hệhệ thống
thống truyền
truyền dẫn song
dẫn song
10 --
- 10
- Các công trình nghiên cứu phát triển Công nghệ Thông tin và Truyền thông
fading channels,” in Proceedings of the IEEE 84th Vehicular hardware impairments on rayleighproduct mimo channels
Technology Conference (VTC-Fall). IEEE, 2016, pp. 1–5. with linear receivers: Exact and asymptotic analyses,” IEEE
[14] X. Li, C. Tepedelenlioglu, and H. Senol, “Channel estimation Transactions on Communications, 2018.
for residual self-interference in full duplex amplify-and- [26] O. Taghizadeh, A. C. Cirik, and R. Mathar, “Hardware im-
forward two-way relays,” IEEE Transactions on Wireless pairments aware transceiver design for full-duplex amplify-
Communications, vol. 16, no. 8, pp. 4970–4983, 2017. and-forward mimo relaying,” IEEE Transactions on Wireless
[15] Y. Li, N. Li, M. Peng, and W. Wang, “Relay power control for Communications, vol. 17, no. 3, pp. 1644–1659, 2018.
two-way full-duplex amplify-and-forward relay networks,” [27] Y. Liu, X. Xue, J. Zhang, X. Li, L. Dai, and S. Jin,
IEEE Signal Processing Letters, vol. 23, no. 2, pp. 292–296, “Multipair massive mimo two-way full-duplex relay systems
2016. with hardware impairments,” in Proceedings of the IEEE
[16] Y. Wang, Q. Jiang, Z. Chen, and B. Xia, “Outage probability Global Communications Conference (GLOBECOM). IEEE,
of two-way full-duplex amplify-forward relay systems with 2017, pp. 1–6.
asymmetric traffic requirements,” in Proceedings of the [28] A. Jeffrey and D. Zwillinger, Table of integrals, series, and
International Conference on Wireless Communications & products. Academic press, 2007.
Signal Processing (WCSP). IEEE, 2015, pp. 1–5.
[17] G. Chen, P. Xiao, J. R. Kelly, B. Li, and R. Tafazolli,
“Full-duplex wireless-powered relay in two way cooperative
networks,” IEEE Access, vol. 5, pp. 1548–1558, 2017.
[18] E. Fidan and O. Kucur, “Performance of transceiver antenna
Nguyễn Bá Cao tốt nghiệp Trường Sĩ quan
selection in two way full-duplex relay networks over rayleigh
fading channels,” IEEE Transactions on Vehicular Technol- Thông tin năm 2006, nhận bằng Thạc sĩ tại
ogy, 2018. Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông
[19] A. Hyadi, M. Benjillali, and M. S. Alouini, “Outage per- năm 2011. Hiện nay, tác giả đang là nghiên
formance of decode-and-forward in two-way relaying with cứu sinh năm thứ hai tại Khoa Vô tuyến
outdated CSI,” IEEE Transactions on Vehicular Technology, điện tử, Học viện Kỹ thuật Quân sự. Lĩnh
vol. 64, no. 12, pp. 5940–5947, 2015.
vực nghiên cứu của tác giả là truyền thông
[20] C. Li, Z. Chen, Y. Wang, Y. Yao, and B. Xia, “Outage
analysis of the full-duplex decode-and-forward two-way re- song công, truyền thông hợp tác.
lay system,” IEEE Transactions on Vehicular Technology,
vol. 66, no. 5, pp. 4073–4086, May 2017.
[21] C. Li, H. Wang, Y. Yao, Z. Chen, X. Li, and S. Zhang,
“Outage performance of the full-duplex two-way DF relay
system under imperfect CSI,” IEEE Access, vol. 5, pp. 5425–
5435, 2017. Trần Xuân Nam nhận bằng Thạc sĩ tại
[22] C. Li, B. Xia, S. Shao, Z. Chen, and Y. Tang, “Multi- Đại học Công nghệ, Sydney, Úc, năm 1998;
user scheduling of the full-duplex enabled two-way relay nhận bằng Tiến sĩ tại Đại học Điện tử -
systems,” IEEE Transactions on Wireless Communications,
vol. 16, no. 2, pp. 1094–1106, Feb. 2017. Truyền thông, Tokyo, Nhật Bản, năm 2006.
[23] B. Zhong and Z. Zhang, “Secure full-duplex two-way relay- Hiện nay, tác giả đang là phó giáo sư và
ing networks with optimal relay selection,” IEEE Communi- công tác tại Học viện Kỹ thuật Quân sự. Tác
cations Letters, vol. 21, no. 5, pp. 1123–1126, May 2017. giả đã được tặng giải thưởng nhà nghiên
[24] E. Bjornson, M. Matthaiou, and M. Debbah, “A new look cứu trẻ tại Nhật Bản năm 2003 và giải
at dual-hop relaying: Performance limits with hardware im-
thưởng bài báo xuất sắc nhất tại hội nghị ATC năm 2012. Tác
pairments,” IEEE Transactions on Communications, vol. 61,
no. 11, pp. 4512–4525, Nov. 2013. giả là thành viên của IEEE, IEICE và Hiệp hội Vô tuyến Điện tử
[25] A. Papazafeiropoulos, S. Sharma, T. Ratnarajah, and Việt Nam. Lĩnh vực nghiên cứu của tác giả là ăng-ten thích ứng,
S. Chatzinotas, “Impact of residual additive transceiver xử lý tín hiệu, mã hóa và hệ thống MIMO.
34
nguon tai.lieu . vn
