- Trang Chủ
- Kĩ thuật Viễn thông
- Khảo sát sự ảnh hưởng của phần cứng không hoàn hảo lên mạng chuyển tiếp đa chặng trong các môi trường Fading khác nhau
Xem mẫu
- Hội
Hội ThảoQuốc
Thảo QuốcGia
Gia 2015
2015 về
về Điện
ĐiệnTử,
Tử, Truyền
TruyềnThông
ThôngvàvàCông
CôngNghệ Thông
Nghệ Tin (ECIT
Thông 2015)
Tin (ECIT 2015)
Khảo Sát Sự Ảnh Hưởng Của Phần Cứng Không
Hoàn Hảo Lên Mạng Chuyển Tiếp Đa Chặng Trong
Các Môi Trường Fading Khác Nhau
Phạm Minh Quang, Trần Trung Duy và Võ Nguyễn Quốc Bảo
Phòng Thí Nghiệm Thông Tin Vô Tuyến
Học Viện Công Nghệ Bưu Chính Viễn Thông.
Email: {phamminhquang,trantrungduy,baovnq}@ptithcm.edu.vn.
Tóm tắt nội dung—Trong bài báo này, chúng tôi khảo sát tuyến là không hoàn hảo trong thực tế, bởi sự nhiễu pha, sự
hệ thống mạng vô tuyến chuyển tiếp đa chặng với sự ảnh hưởng không cân bằng I/Q và sự không tuyến tính trong bộ khuếch
của phần cứng không hoàn hảo. Thông tin trong hệ thống truyền đại [9]–[13]. Các nghiên cứu công bố của tác giả Bj¨ornson
thông đa chặng được truyền từ nguồn tới đích thông qua các nút
và các tác giả khác thực hiện đánh giá hiệu năng của các mô
chuyển tiếp sử dụng kỹ thuật giải mã-chuyển tiếp DF (Decode-
and-Forward). Hiệu năng của hệ thống khảo sát được phân tích hình chuyển tiếp hai chặng dưới sự tác động của phần cứng
và đáng giá thông qua tham số xác suất dừng OP và dung lượng không hoàn hảo [9], [10]. Sự không hoàn hảo của phần cứng
kênh Shannon trung bình trong mô hình kênh truyền Nakagami- thiết bị sẽ gây ra can nhiễu đến các tín hiệu thu phát, do đó
m và kênh truyền Rician. Kết quả mô phỏng Monte-Carlo cho sẽ ảnh hưởng đến hiệu năng của các hệ thống truyền thông
thấy phù hợp chính xác với kết quả phân tích lý thuyết. vô tuyến [14]–[16]. Ảnh hưởng của phần cứng không lý tưởng
Index Terms—chuyển tiếp đa chặng, xác suất dừng, dung lượng lên hiệu năng bảo mật của hệ thống MIMO nhận thức đã được
kênh Shannon, phần cứng không hoàn hảo. phân tích, nút chuyển tiếp sử dụng kỹ thuật truyền bán song
công và song công trong mô hình kênh truyền Rayleigh [17].
Trong [18], hiệu năng của mạng truyền thông chuyển tiếp
I. GIỚI THIỆU
sử dụng kỹ thuật khuếch đại-chuyển tiếp AF (Amplify-and-
Ngày nay, mạng truyền thông không dây đem lại nhiều ứng Forward) hai chiều đã được phân tích trong trường hợp phần
dụng cho người dùng nhờ vào những tiện ích mà nó mang cứng không hoàn hảo. Trong bài báo này, chúng tôi trình bày
lại, do đó yêu cầu mở rộng vùng phủ sóng và chất lượng dịch khảo sát mô hình mạng chuyển tiếp đa chặn trong các môi
vụ ngày càng được nâng cao. Nhiều kỹ thuật được áp dụng trường fading với phần cứng không hoàn hảo. Các công trình
để nâng cao hiệu năng của hệ thống mạng truyền thông vô nghiên cứu trước đây tập trung chủ yếu vào nghiên cứu hiệu
tuyến như: vô tuyến nhận thức, truyền thông hợp tác, mạng năng của hệ thống truyền thông trên kênh truyền Rayleigh.
chuyển tiếp, kỹ thuật thu thập năng lượng. Kỹ thuật vô tuyến Trong báo cáo [13], các tác giả đã nghiên cứu hiệu năng của
nhận thức được đề xuất bởi tác giả Mitola [1], nhằm mục đích hệ thống truyền thông vô tuyến hai chặn có sự ảnh hưởng phần
nâng cao dung lượng cho những hệ thống mạng vô tuyến khan cứng không hoàn hảo và nhiễu đồng kênh CCI (Co-Channel
hiếm tài nguyên phổ [2]. Vô tuyến nhận thức cho phép chia Interference) trong mô hình kênh truyền fading Rayleigh. Tuy
sẻ một cách linh hoạt tài nguyên phổ giữa các nút mạng với nhiên, trong thực tế, hệ thống tryền thông chuyển tiếp có thể
nhau, dựa trên những thông tin kênh truyền được biết trước. có các kênh truyền có các phân phối thống kê khác nhau. Vì
Bên cạnh đó, một phương pháp được sử dụng để tăng chất vậy, chúng tôi trình bày kết quả nghiên cứu đánh giá hiệu năng
lượng dịch vụ QoS trong việc truyền dữ liệu ở lớp vật lý là kỹ hệ thống vô tuyến chuyển tiếp đa chặng trong mô hình kênh
thuật truyền thông cộng tác [3]. Các nút chuyển tiếp (relay) truyền fading Nakagami-m và kênh Rician, hai mô hình kênh
được sử dụng trong hệ thống truyền thông vô tuyến nhằm mục truyền có phân bố mang tính tổng quát hóa. Chúng ta có thể
đích mở rộng vùng phủ sóng, tăng độ tin cậy và cải thiện chất xác định hiệu năng của kênh truyền vô tuyến đơn giản như
lượng dịch vụ đến người dùng, nhờ vào giá thành rẻ và có thể kênh truyền Rayleigh là một trường hợp đặc biệt của mô hình
triển khai linh hoạt hệ thống các nút mạng chuyển tiếp. Nhiều kênh truyền fading Nakagami-m hay kênh Rician. Để đánh giá
nghiên cứu lý thuyết và thực tế về mạng vô tuyến chuyển tiếp hiệu năng của hệ thống khảo sát, chúng tôi giả sử đơn giản
đã được công bố trong thập niên vừa qua [4]–[8]. Trong báo rằng các nút chuyển tiếp được đặt ở những khoảng cách đều
cáo [5], hiệu năng của hệ thống truyền thông vô tuyến với nhau từ nút nguồn đến nút đích. Thông tin từ nguồn truyền
các nút chuyển tiếp có độ lợi cố định được trình bày. Các loại đích qua tất cả các nút chuyển tiếp, trong đó các nút chuyển
relay khác nhau đã được nghiên cứu và khảo sát sử dụng cho tiếp sử dụng kỹ thuật giải mã-chuyển tiếp DF (Decode-and-
mạng WiMAX và hệ thống thông tin di động LTE [7]. Tuy Forward) [4]. Do đó, để hệ thống truyền thông xuyên suốt, bất
nhiên, các nghiên cứu liên quan đến truyền thống vô tuyến kỳ một nút chuyển tiếp nào thuộc hệ thống phải đảm bảo thành
hầu hết đều giả sử rằng phần cứng của các thiết bị là hoàn công trong việc thu nhận và phát chuyển tiếp thông tin đến
hảo. Thực tế là, phần cứng của các thiết bị truyền thông vô nút chuyển tiếp tiếp theo hướng về đích cuối cùng. Hiệu năng
471
ISBN: 978-604-67-0635-9 471
- HộiHội
Thảo Quốc
Thảo Gia
Quốc 2015
Gia 2015vềvềĐiện
ĐiệnTử,
Tử,Truyền
TruyềnThông và Công
Thông và CôngNghệ
NghệThông
ThôngTinTin (ECIT
(ECIT 2015)
2015)
và thiết bị thu nút Ni không hoàn hảo, công thức (1) được
1 2 M
viết lại như sau:
0 1 2 M-1 M
1 2 M yi = P d−β t r
i hi x + ηi−1 + ηi + νi , (3)
Hình 1. Mô hình chuyển tiếp đa chặng. Trong công thức (3), ηi−1t
và ηi−1
t
lần lượt là nhiễu gây ra do
méo dạng từ phần cứng của thiết bị phát nút Ni−1 và thiết
bị thu nút Ni . Nhiễu ηi−1
t
và ηi−1
t
có thể được mô hình bằng
của hệ thống khảo sát đã được phân tích để đánh giá thông nhiễu Gauss với giá trị trung bình bằng 0 và phương sai lần
qua hai thông số quan trọng của hệ thống là xác suất dừng và lượt là κti−1 và κri P |hi |2 (xem các tài liệu [13], [17]), trong
dung lượng kênh. Chúng tôi thực hiện mô phỏng Monte-Carlo đó, κti−1 và κri lần lượt là các hằng số dương mô tả độ suy
để thẩm tra kết quả phân tích lý thuyết. hao phần cứng của thiết bị phát ở nút Ni−1 và thiết bị thu ở
Phần còn lại của bài báo được tổ chức như sau: trong phần II, nút Ni . Khi đó, tỷ số công suất tín hiệu trên nhiễu tức thời
chúng tôi mô tả mô hình hệ thống được đề xuất. Trong phần được viết ra tương tự như trong [19], [20]:
III, chúng tôi đánh giá hiệu năng của hệ thống đề xuất. Phần
Ψd−β
i |hi |
2
IV cung cấp các kết quả mô phỏng và phân tích lý thuyết. γi = , (4)
Cuối cùng, chúng tôi kết luận bài báo trong phần V. θi Ψd−β 2
i |hi | + 1
trong đó, θi = κti−1 + κri là tổng suy hao phần cứng. Nghiên
II. MÔ HÌNH KHẢO SÁT cứu trình bày trong bài báo này khảo sát mô hình chuyển tiếp
đa chặng sử dụng kỹ thuật giải mã và chuyển tiếp. Do đó, tỷ
Đầu tiên, chúng ta cùng xem xét mô hình hệ thống mạng
số công suất tín hiệu trên nhiễu từ đầu cuối đến đầu cuối được
vô tuyến nhận thức chuyển tiếp được mô tả trong Hình. 1. Hệ
tính bởi công thức sau:
thống bao gồm nút nguồn (N0 ), nút đích (NM ) và các nút
chuyển tiếp Ni , trong đó chỉ số i chạy từ 1 đến M − 1 thể γe2e = min (γi )
hiện vị trí của các nút chuyển tiếp từ gần với nguồn nhất N1 i=1,2,...,M
đến xa nguồn nhất NM −1 . Các nút chuyển tiếp Ni thực hiện Ψd−β
i |hi |
2
= min . (5)
việc thu nhận tiến hiệu, giải mã, và sau đó phát chuyển tiếp θi Ψd−β 2
i |hi | + 1
i=1,2,...,M
đến nút Ni+1 . Để hệ thống truyền thông xuyên suốt, thông tin
từ nguồn truyền thành công đến đích, tất cả cách nút chuyển Kế tiếp ta xét đến dung lượng kênh Shanon tức thời C của hệ
tiếp Ni phải đảm bảo sự tiếp nhận dữ liệu của nguồn thành thống sử dụng M chặng được định nghĩa bởi:
công. Nói cách khác, mô hình hệ thống không thể truyền dữ
1
liệu từ nguồn N0 đến đích NM khi có bất kỳ một sự truyền dữ Ce2e = log2 (1 + γe2e ) , (6)
M
liệu nào từ nút Ni đến nút Ni+1 là không thành công. Bài báo
này tác giả xem xét mô hình chuyển tiếp sử dụng kỹ thuật giải trong đó, hệ số 1/M cho biết hệ thống sử dụng M khe thời
mã và chuyển tiếp DF (Decode-and-Forward). Nút N0 truyền gian để truyền dữ liệu.
dữ liệu đến nút N1 trong khe thời gian thứ nhất. Nếu nút N1
giải mã thành công, nút này sẽ thực thiện việc gửi dữ liệu đến III. ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG HỆ THỐNG
nút N2 trong khe thời gian thứ hai. Quá trình này cứ lặp lại
như thế qua toàn bộ các nút chuyển tiếp và đến đích. Trong bài báo nghiên cứu này, hiệu năng của hệ thống sẽ
Xét sự truyền nhận dữ liệu ở chặng thứ i giữa nút Ni−1 và được nghiên cứu và đánh giá thông qua hai tham số quan
Ni , sử dụng mô hình suy hao đơn giản, tín hiệu nhận được tại trọng: xác suất dừng (Outage Probability (OP)) và dung lượng
Ni với phần cứng hoàn hảo có thể được biểu diễn bằng công kênh Shanon trung bình (Average Channel Capacity (CC)) trên
thức sau: các kênh truyền fading khác nhau.
yi = P d−βi hi x + ν i , (1)
A. Xác suất dừng (OP) và dung lượng kênh Shannon trung
trong đó, P là công suất phát của nút Ni−1 và cũng là công bình (CC)
suất phát của tất cả các nút khác), β biểu diễn hệ số suy hao Một trong những tham số đánh giá hiệu năng quan trọng
đường truyền, hi và di lần lượt biểu diễn hệ số kênh truyền cho hệ thống là xác suất dừng, được định nghĩa xác suất mà
và khoảng cách giữa các nút Ni−1 và Ni , νi là nhiễu Gauss dung lượng kênh tức thấp hơn một tốc độ cho phép. Xác suất
cộng vào tín hiệu nhận được ở nút Ni . dừng từ đầu cuối đến đầu cuối của hệ thống truyền thông đa
Từ công thức (1), ta có thể xây dựng biểu thức tỷ số công suất chặng được tính một cách tổng quát như sau:
tính hiệu trên nhiễu giữa Ni−1 và Ni như sau:
OP = Pr [Ce2e < Rth ] = Fγe2e (ρth ) . (7)
P d−β
i |hi |
2
γi = = Ψd−β 2
i |hi | , (2) Trong công thức (7), Rth là ngưỡng tốc độ dừng, ρth =
N0
2M Rth − 1 là ngưỡng dừng của tỷ số tín hiệu trên nhiễu và
với Ψ = P/N0 là tỷ số công suất phát và phương sai của Fγe2e (ρth ) là ký hiệu của hàm phân phối tích luỹ (CDF) của
nhiễu Gauss N0 . Nếu phần cứng của thiết bị phát nút Ni−1 biến ngẫu nhiên γe2e . Giả sử các chặng từ nguồn đến đích là
472
472
- Hội
Hội Thảo
Thảo Quốc Gia2015
Quốc Gia 2015vềvềĐiện
Điện Tử,Truyền
Tử, Truyền Thông
Thông và và Công
Công Nghệ
Nghệ Thông
Thông Tin (ECIT
Tin (ECIT 2015)2015)
độc lập, thay kết quả trong công thức (5) vào trong công thức B. Kênh truyền Fading
(7), xác suất dừng của hệ thống được viết lại: 1) Kênh Nakagami-m: Trong mô hình kênh truyền này,
OP = Fγe2e (ρth ) hi là hệ số kênh truyền fading Nakagami-m và độ lợi kênh
truyền là biến ngẫu nhiên có phân bố Gamma. Hàm CDF CDF
Ψd−β
2
i |hi | Fγe2e (x) có thể được đưa ra như sau:
= Pr min < ρth
θi Ψd−β
2
i=1,2,...,M |hi | + 1
i γ (mi , mi x)
Fγi (x) = , (13)
Ψd−β
2
i |hi | Γ(mi )
= 1 − Pr min ≥ ρth
θi Ψd−β
2
i |hi | + 1
i=1,2,...,M
trong đó, Γ(.) và γ (., .) lần lượt là kí hiệu của hàm
M
Ψd−β
i |hi |
2
Gamma [21, eq. (8.310.1)] và hàm Gamma không hoàn
=1− 1 − Pr < ρth chỉnh [21, eq. (8.350.1)]; với mi là hệ số của kênh fading
θi Ψd−β
2
i=1 i |hi | + 1
Nakagami-m tại chặng i. Trong bài báo này, để đơn giản
M
dβ ρth tính toán, ta giả sử rằng giá trị trung bình của γi bằng 1
=1− 1 − Pr (1 − θi ρth ) γi < i , (8)
Ψ (E {γi } = 1). Thay (13) vào (10), xác suất dừng OP của mô
i=1
hình khảo sát được tính bằng một biểu thức dạng tường minh
trong đó, γi = |hi |2 là độ lợi kênh truyền của chặng thứ i. như sau:
Xét riêng xác suất trong công thức (8), ta có:
OP = Fγe2e (ρth )
dβi ρth ρth ≥ 1/θmax ,
Pr (1 − θi ρth ) γi < 1,
β
Ψ =
mi d ρth
i
M γ mi ,
Ψ(1−θi ρth )
1 − 1− , ρth < 1/θmax .
1, ρth ≥ 1/θi ,
Γ(mi )
i=1
= dβ
i ρth
(9) (14)
Fγi Ψ(1−θi ρth ) , ρth < 1/θi ,
ở đây, Fγi (.) là hàm CDF của biến ngẫu nhiên γi . Sử dụng (14) cho (12), ta có thể tính chính xác dung lượng
Thay (9) vào trong (8), ta có: kênh trung bình CC như trong công thức số (15)
1/θ
M γ (mi ,mi dβ
i x/Ψ/(1−θi x))
OP = Fγe2e (ρth ) max 1 − Γ(mi )
1 i=1
1, ρth ≥ 1/θmax , CC = dx .
M M ln 2 1+x
= dβ ρ
i th 0
1 − 1 − Fγi Ψ(1−θ i ρth )
, ρth < 1/θmax , (15)
i=1
(10)
Ở đây, tích phân trong công thức (15) có thể dễ dàng tính
với θmax = max (θi ) là mức suy hao phần cứng lớn nhất được bằng các phần mềm máy tính như MATLAB hay
i=1,2,...,M
MATHEMATICA.
trên toàn chặng. Công thức (10) cho thấy rằng một khi ngưỡng
2) Kênh Rician: Đối với kênh truyền Rician, hàm CDF của
dừng ρth lớn hơn 1/θmax , hệ thống khảo sát sẽ luôn bị dừng
độ lợi kênh γi có thể được xác định như sau:
bất chấp các thông số còn lại.
Tiếp theo, dung lượng kênh trung bình của hệ thống CC được Fγi (x) = 1 − Q1 2Ki , 2 (1 + Ki ) x , (16)
biểu diễn bởi công thức (11) bên dưới
+∞ với Ki là hệ số Rician tại chặng thứ i và Q1 (., .) là hàm
1 Marcum-Q. Kết hợp (16) và (10), OP được đưa ra như bên
CC =E {Ce2e } = ln (1 + x) fγe2e (x) dx , (11)
M ln 2 dưới:
0
OP = Fγe2e (ρth )
với E {.} là ký hiệu của toán tử tính giá trị trung bình và
fγe2e (x) là hàm mật độ xác suất của biến ngẫu nhiên γe2e .
1,
- ρth ≥ 1/θmax ,
Để đánh giá hiệu năng của hệ thống, việc quan trọng nhất
= M √ 2 (1 + Ki )
là tìm hàm CDF Fγe2e (x). Nếu xác định được hàm CDF
1− Q1 2Ki ,
dβ
i ρth
, ρth < 1/θmax .
i=1 × Ψ(1−θ
Fγe2e (x), hàm mật độ xác suất (PDF) fγe2e (x) sẽ tính được ρ i th )
bằng cách lấy đạo hàm Fγe2e (x) theo x . Tuy nhiên, một khi (17)
chúng ta đã có được hàm CDF Fγe2e (x), sử dụng tích phân
từng phần cho (11), ta có thể viết lại CC dưới dạng sau: Rồi thì, dung lượng kênh trung bình được đưa ra dưới dạng
1/θmax tích phân một lớp:
1 1 − Fγe2e (x)
CC = dx . (12)
M √ dβ
M ln 2 0 1+x 1/θ i x
max Q1 2Ki , 2 (1 + Ki ) Ψ(1−θ i x)
1 i=1
Ở phần tiếp theo, chúng tôi sẽ khảo sát các kênh truyền fading CC = dx.
M ln 2 1+x
khác nhau như kênh Nakagami-m và kênh Rician. Đây là 0
những kênh truyền tổng quát và thông dụng trong thực tế. (18)
473
473
- HộiHội
Thảo Quốc
Thảo Gia
Quốc 2015
Gia 2015vềvềĐiện
ĐiệnTử,
Tử,Truyền
TruyềnThông và Công
Thông và CôngNghệ
NghệThông
ThôngTinTin (ECIT
(ECIT 2015)
2015)
Hình 2. Xác suất dừng (OP) được vẽ là một hàm của Ψ = P/N0 (dB) khi Hình 3. Dung lượng kênh trung bình (CC) được vẽ là một hàm của Ψ =
M = 3 , Rth = 0.8, κ = 0.05 và m = 1, 1.5, 2. P/N0 (dB) khi M = 2 , κ ∈ {0, 0.02, 0.05} và m = 2.
Cuối cùng của phần này, chúng ta xét một trường hợp đặc biệt thiết lập như sau: số chặng bằng 3 (M = 3), tốc độ ngưỡng
đó là kênh fading Rayleigh. Ta dễ dàng thấy rằng khi các hệ số bằng 0.8 (Rth = 0.8), hệ số suy hao phần cứng (κ = 0.05)
mi = 1 (hoặc Ki = 0), kênh truyền Nakagami-m (hoặc kênh và hệ số kênh Nakagami-m là 1, 1.5 và 2 (m = 1, 1.5, 2).
Rician) sẽ trở thành kênh Rayleigh. Lúc đó, xác suất dừng và Quan sát từ hình vẽ, ta có thể thấy rằng xác suất dừng OP
dung lượng kênh Shannon trung bình được thu gọn như trong giảm theo chiều tăng của tỷ lệ công suất tín hiệu trên nhiễu
(19) và (20): Ψ. Hơn nữa, OP của mô hình khảo sát cũng giảm khi hệ số
OP = Fγe2e (ρth ) kênh Nakagami-m (m) tăng.
Hình vẽ 3 khảo sát sự ảnh hưởng của mức độ suy hao phận
1, M ρth ≥ 1/θmax , cứng lên dung lượng kênh trung bình của hệ thống trên kênh
= dβ
i ρth
(19)
1 − exp − Ψ(1−θi ρth ) , ρth < 1/θmax .
Nakagami-m. Các thông số mô phỏng của hình vẽ được cố
i=1 định như sau: M = 2, κ = 0, 0.02, 0.05 và m = 2. Từ hình
vẽ, ta có nhận xét rằng dung lượng CC giảm đáng kể với sự
1/θ
M
dβ
i x gia tăng của hệ số κ. Hơn thế nữa, hình vẽ số 3 cho ta thấy
max exp − Ψ(1−θi x)
1 i=1 rằng một khi hệ số κ khác 0, dung lượng CC sẽ bị bão hoà ở
CC = dx . (20)
M ln 2 1+x các giá trị Ψ lớn. Trong hình vẽ 4, chúng tôi vẽ giá trị OP theo
0
sự gia tăng của hệ số suy hao phần cứng κ trên kênh truyền
Rician với các thông số thiết kế M = 3, Rth = 1, Ψ = 5 dB
IV. KẾT QUẢ và K = 1.5. Nhìn vào hình vẽ 4, ta thấy rằng giá trị OP tăng
Trong phần này, chúng tôi thực hiện các mô phỏng Monte- theo giá trị của κ và OP giảm khi hệ số kênh Rician tăng.
Carlo để kiểm chứng các công thức đã được trình bày ở phần Hơn thế nữa, như đã được chứng minh ở trên khi κ lớn hơn
III. Môi trường mô phỏng là một hệ trục tọa độ một chiều tỷ lệ nghịch của ngưỡng dừng (1/θmax ) thì hệ thống sẽ luôn
Ox, trong đó ta đặt các nút N0 , N1 , ..., NM sao cho hai nút luôn dừng. Đó là lý do tại sao ở các giá trị κ lớn thì OP của
kề nhau cách nhau một khoảng 1/M . Tức là, tọa độ của nút hệ thống luôn bằng 1.
Ni (i = 0, 1, 2, ..., M ) trong hệ trục tọa độ này là i/M và Hình vẽ cuối cùng, hình vẽ số 5, miêu tả dung lượng kênh
khoảng cách giữa hai nút Ni và Ni+1 là di = 1/M . Để đơn trung bình CC theo số chặng M trong môi trường fading
giản cho tiến trình mô phỏng, chúng tôi giả sử hệ số suy hao Rayleigh với các thông số hệ thống Ψ = −5.5 dB và κ = 0.05.
đường truyền bằng 4 (β = 4), hệ số kênh truyền Nakagami-m Rõ ràng rằng, số chặng M ảnh hưởng đến hiệu năng của hệ
tại các chặng bằng nhau và bằng m (mi = m), hệ số kênh thống. Thứ nhất, nếu số chặng là nhỏ thì khoảng cách giữa hai
Rician tại tất cả các chặng bằng nhau và bằng K (Ki = K) nút gần kề sẽ tăng (1/M tăng) và như vậy sẽ giảm hiệu năng
và tổng suy hao phần cứng tại các chặng bằng nhau và bằng truyền dữ liệu tại mỗi chặng. Ở chiều ngược lại, khi tăng số
θ (θi = θ). chặng M lên, ta có thể nâng cao độ tin cậy của việc truyền
Trong hình vẽ 2, xác suất dừng hệ thống được vẽ theo sự dữ liệu tại mỗi chặng, tuy nhiên dung lượng của toàn trình sẽ
biến thiên của Ψ (P/N0 )(từ -10 dB đến 10 dB) trên kênh giảm vì tốc độ truyền dữ liệu được chia cho số chặng M (xem
truyền Nakagami-m. Các thông số khác trong hình vẽ được công thức số (6)). Như đã được thấy từ hình vẽ số 5, dung
474
474
- HộiHội
Thảo Quốc
Thảo Gia
Quốc Gia2015
2015về
vềĐiện
Điện Tử,
Tử,Truyền
Truyền Thông vàCông
Thông và CôngNghệ
Nghệ Thông
Thông TinTin (ECIT
(ECIT 2015)
2015)
chuyển tiếp đa chặng sử dụng các nút mạng giải mã và chuyển
tiếp. Cụ thể, chúng tôi đưa ra các biểu thức tính chính xác hiệu
năng xác suất dừng và dung lượng kênh Shannon trung bình
trên các kênh truyền tổng quát như Nakagami-m và Rician. Sự
chính xác của các phân tích lý thuyết được kiểm chứng bằng
mô phỏng máy tính. Hơn nữa, các kết quả đưa ra những đặc
tính của hệ thống mà từ đó giúp cho những nhà thiết kế mạng
sử dụng trong việc tối ưu hệ thống. Cuối cùng, bởi vì nghiên
cứu này chỉ tập trung vào hệ thống đa chặng một đường từ
nguồn tới đích, vì thế việc triển khai hệ thống đa chặng nhiều
đường (multi-path) trên các mô hình kênh tổng quát sẽ là công
việc tương lai của chúng tôi.
LỜI CẢM ƠN
Nghiên cứu này được tài trợ bởi Quỹ Phát triển khoa học và
công nghệ Quốc gia (NAFOSTED) trong đề tài mã số 102.01-
2014.33.
Hình 4. Xác suất dừng (OP) được vẽ là một hàm của κ khi M = 2 ,
TÀI LIỆU
M = 3, Rth = 1, Ψ = 5 dB và K = 1.5. [1] J. Mitola and J. Maguire, G.Q., “Cognitive radio: making software radios
more personal,” Pers. Commun., IEEE, vol. 6, no. 4, pp. 13–18, Aug.
1999.
[2] A. Goldsmith, S. Jafar, I. Maric, and S. Srinivasa, “Breaking spectrum
gridlock with cognitive radios: An information theoretic perspective,”
Proc. of the IEEE, vol. 97, no. 5, pp. 894–914, May 2009.
[3] J. Laneman and G. W. Wornell, “Distributed space-time-coded protocols
for exploiting cooperative diversity in wireless networks,” Inf. Theory,
IEEE Trans. on, vol. 49, no. 10, pp. 2415–2425, Oct. 2003.
[4] J. Laneman, D. Tse, and G. W. Wornell, “Cooperative diversity in
wireless networks: Efficient protocols and outage behavior,” Inf. Theory,
IEEE Trans. on, vol. 50, no. 12, pp. 3062–3080, Dec. 2004.
[5] M. Hasna and M.-S. Alouini, “A performance study of dual-hop trans-
missions with fixed gain relays,” Wireless Commun., IEEE Trans. on,
vol. 3, no. 6, pp. 1963–1968, Nov. 2004.
[6] ——, “Harmonic mean and end-to-end performance of transmission
systems with relays,” Commun., IEEE Trans. on, vol. 52, no. 1, pp.
130–135, Jan. 2004.
[7] Y. Yang, H. Hu, J. Xu, and G. Mao, “Relay technologies for wimax and
lte-advanced mobile systems,” Commun. Mag., IEEE, vol. 47, no. 10,
pp. 100–105, Oct. 2009.
[8] Y. Hua, D. W. Bliss, S. Gazor, Y. Rong, and Y. Sung, “Guest editorial
theories and methods for advanced wireless relays, issue i,” Sel. Areas
in Commun., IEEE J. on, vol. 30, no. 8, pp. 1297–1303, Sept. 2012.
[9] E. Bjornson, A. Papadogiannis, M. Matthaiou, and M. Debbah, “On the
impact of transceiver impairments on af relaying,” in Acoustics, Speech
and Signal Process. (ICASSP), 2013 IEEE Int. Conf. on, May 2013, pp.
4948–4952.
Hình 5. Dung lượng kênh trung bình (CC) được vẽ là một hàm của M (dB) [10] E. Bjornson, J. Hoydis, M. Kountouris, and M. Debbah, “Hardware
khi Ψ = −5.5 dB và κ = 0.05. impairments in large-scale miso systems: Energy efficiency, estimation,
and capacity limits,” in Digital Signal Process. (DSP), 2013 18th Int.
Conf. on, Jul. 2013, pp. 1–6.
[11] E. Bjornson, M. Matthaiou, and M. Debbah, “A new look at dual-hop
lượng trung bình biến thiên theo sự thay đổi của số chặng. relaying: Performance limits with hardware impairments,” Commun.,
Hơn thế nữa, luôn tồn tại một giá trị M mà ở đó dung lượng IEEE Trans. on, vol. 61, no. 11, pp. 4512–4525, Nov. 2013.
[12] E. Bjornson, J. Hoydis, M. Kountouris, and M. Debbah, “Massive mimo
của hệ thống là lớn nhất. Cụ thể, khi Ψ = −5 dB thì số chặng systems with non-ideal hardware: Energy efficiency, estimation, and
tốt nhất là 3, trong khi ở trường hợp còn lại số chặng tối ưu capacity limits,” Inf. Theory, IEEE Trans. on, vol. 60, no. 11, pp. 7112–
là 1. 7139, Nov. 2014.
[13] T. T. Duy, T. Duong, D. Benevides da Costa, V. N. Q. Bao, and
Cuối cùng, chúng tôi muốn nhấn mạnh rằng trên tất cả các M. Elkashlan, “Proactive relay selection with joint impact of hardware
hình vẽ đã được thể hiện, kết quả mô phỏng và kết quả lý impairment and co-channel interference,” Commun., IEEE Trans. on,
thuyết trùng với nhau, điều đó minh chứng cho những phân vol. 63, no. 5, pp. 1594–1606, May 2015.
tích của chúng tôi trong phần III là chính xác. [14] L. Feng and W. Namgoong, “Spc09-4: A hardware impairment compen-
sation scheme with cascaded adaptive filters,” in Global Telecommun.
Conf., 2006. GLOBECOM ’06. IEEE, Nov. 2006, pp. 1–6.
V. KẾT LUẬN [15] U. Gustavsson, C. Sanchez-Perez, T. Eriksson, F. Athley, G. Durisi,
P. Landin, K. Hausmair, C. Fager, and L. Svensson, “On the impact
Trong bài báo này, chúng tôi nghiên cứu kỹ sự ảnh hưởng of hardware impairments on massive mimo,” in Globecom Workshops
của phần cứng không hoàn hảo lên hiệu năng của hệ thống (GC Wkshps), 2014, Dec. 2014, pp. 294–300.
475
475
- Hội Thảo Quốc Gia 2015 về Điện Tử, Truyền Thông và Công Nghệ Thông Tin (ECIT 2015)
Hội Thảo Quốc Gia 2015 về Điện Tử, Truyền Thông và Công Nghệ Thông Tin (ECIT 2015)
[16] M. Lei, I. Lakkis, C.-S. Sum, T. Baykas, J.-Y. Wang, M. Rahman,
R. Kimura, R. Funada, Y. Shoji, H. Harada, and S. Kato, “Hardware
impairments on ldpc coded sc-fde and ofdm in multi-gbps wpan (ieee
802.15.3c),” in Wireless Commun. and Networking Conf., 2008. WCNC
2008. IEEE, Mar. 2008, pp. 442–446.
[17] T. T. Duy, V. N. Q. Bao, and T. Duong, “Secured communication in
cognitive mimo schemes under hardware impairments,” in Advanced
Tech. for Commun. (ATC), 2014 Int. Conf. on, Oct. 2014, pp. 109–112.
[18] N. H. Nhat, V. N. Q. Bao, N. L. Trung, and M. Debbah, “Relay selection
in two-way relaying networks with the presence of hardware impairment
at relay transceiver,” in Advanced Tech. for Commun. (ATC), 2014 Int.
Conf. on, Oct. 2014, pp. 616–620.
[19] T. T. Duy, N. Q. Dien, L. G. Thien, V. N. Q. Bao, and T. Hanh, “Down-
link cooperative transmission with transmit antenna selection, hardware
noises and non-independent co-channel interferences,” in The Nafosted
Conf. on Inf. and Comp. Scien. (NICS), 2015 Int. Conf. on, Sept. 2015,
pp. 316–321.
[20] T. T. Duy, P. M. Quynh, V. N. Q. Bao, T. Hanh, and D. T. Hung, “An
incremental cooperative solution for multicast cognitive network under
joint impact of hardware impairment and interference constraint,” in
The Nafosted Conf. on Inf. and Comp. Scien. (NICS), 2015 Int. Conf.
on, Sept. 2015, pp. 310–315.
[21] I. S. Gradshteyn and I. M. Ryzhik, Table of integrals, series, and
products, 7th ed. Elsevier/Academic Press, Amsterdam, 2007, translated
from the Russian, Translation edited and with a preface by Alan Jeffrey
and Daniel Zwillinger, With one CD-ROM (Windows, Macintosh and
UNIX).
476
476
nguon tai.lieu . vn
