Đồ án Xác định xác suất dừng của mạng vô tuyến nhận thức với ràng buộc can nhiễu (Phần 1)

Nội dung text: Đồ án Xác định xác suất dừng của mạng vô tuyến nhận thức với ràng buộc can nhiễu (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ÔTÔ XÁC ÐỊNH XÁC SUẤT DỪNG CỦA MẠNG VÔ TUYẾN NHẬN THỨC VỚI RÀNG BUỘC CAN NHIỄU GVHD: TS. PHẠM NGỌC SƠN SVTH : NGUYỄN CHÂN TÂM 12141196 SVTH : LÊ VĂN TƯỞNG 12141420 S KL 0 0 4 5 4 5 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 02/2017
2. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƢỢNG CAO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Đề tài: XÁC ĐỊNH XÁC SUẤT DỪNG CỦA MẠNG VÔ TUYẾN NHẬN THỨC VỚI RÀNG BUỘC CAN NHIỄU SVTH : NGUYỄN CHÂN TÂM – 12141196 SVTH : LÊ VĂN TƢỞNG – 12141420 Khóa : 2012 Ngành : ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG GVHD: TS. PHẠM NGỌC SƠN Tp. Hồ Chí Minh, tháng 2 năm 2017
3. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƢỢNG CAO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Đề tài: XÁC ĐỊNH XÁC SUẤT DỪNG CỦA MẠNG VÔ TUYẾN NHẬN THỨC VỚI RÀNG BUỘC CAN NHIỄU SVTH : NGUYỄN CHÂN TÂM – 12141196 SVTH : LÊ VĂN TƢỞNG – 12141420 Khóa : 2012 Ngành : ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG GVHD: TS. PHẠM NGỌC SƠN Tp. Hồ Chí Minh, tháng 2 năm 2017
4. CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM ộc l p – T do – Hạnh phúc Tp. Hồ Chí Minh, ngày 11 tháng 2 năm 2017 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ và tên sinh viên: Nguyễn Chân Tâm MSSV: 12141196 Lê Văn Tưởng MSSV: 12141420 Ng nh iện t - Viễn th ng Lớp: 12141CLVT Giảng viên hướng dẫn: TS. Phạm Ngọc Sơn T 09666 09555 Ng y nh n ề tài: 15/9/2016 Ngày nộp ề tài: 13/2/2017 1. Tên ề tài : Xác ịnh xác suất dừng của mạng vô tuyến nh n thức với ràng buộc can nhiễu 2. Nội ung th c hiện ề t i trình bày về một mô hình s dụng các relay trong mạng vô tuyến nhân thức underlay với can nhiễu phải hạn chế nhằm trảnh ảnh hưởng ến người dùng chính, qua lu n văn này ưa ra những nh n ịnh về s ảnh hưởng của can nhiễu ến các mô hình mạng, ngoài ra so sánh với mô hình mạng truyền thống. 3. Sản phẩm: Mô phỏng trên phần mềm Mathlab. TRƯỞNG NGÀNH GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN i
5. CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM ộc l p – T do – Hạnh phúc PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƢỚNG DẪN Họ và tên sinh viên: Nguyễn Chân Tâm MSSV: 12141196 Lê Văn Tưởng MSSV: 12141420 Ng nh iện t - Viễn th ng Tên ề tài: Xác ịnh xác suất dừng của mạng vô tuyến nh n thức với ràng buộc can nhiễu. Họ v tên Giáo viên hướng dẫn: TS. Phạm Ngọc Sơn. NHẬN XÉT 1. Về nội ung ề tài & khối lượng th c hiện: 2. Ưu iểm: 3. Khuyết iểm: 4. ề nghị cho bảo vệ hay không? 5. ánh giá loại: 6. iểm .(Bằng chữ: ) Tp. Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2017 Giáo viên hướng dẫn ii
6. CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM ộc l p – T do – Hạnh phúc PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN Họ và tên sinh viên: Nguyễn Chân Tâm MSSV: 12141196 Lê Văn Tưởng MSSV: 12141420 Ng nh iện t - Viễn th ng Tên ề tài: Xác ịnh xác suất dừng của mạng vô tuyến nh n thức với ràng buộc can nhiễu. Họ và tên Giáo viên phản biện: NHẬN XÉT 1. Về nội ung ề tài & khối lượng th c hiện: 2. Ưu iểm: 3. Khuyết iểm: 4. ề nghị cho bảo vệ hay không? 5. ánh giá loại: 6. iểm .(Bằng chữ: ) Tp. Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2017 Giáo viên phản biện iii
7. LỜI CẢM ƠN ể có thể ho n th nh ề tài này, chúng em chân thành cảm ơn quý Thầy, Cô trong khoa o tạo chất lượng cao, Trường ại Học Sư Phạm Kỹ Thu t TP. Hồ Chí Minh ã t n tình truyền ạt kiến thức trong những năm chúng em học t p. ặc biệt, chúng em xin ch n th nh cảm ơn Thầy Phạm Ngọc Sơn ã t n t nh hướng ẫn v tạo iều kiện thu n lợi cho chúng em trong suốt thời gian th c hiện ồ án tốt nghiệp. Bên cạnh , chúng em c ng xin cảm ơn các anh, chị kh a trước c ng như các ạn sinh viên trong lớp 12141CLVT ã nhiệt t nh ng g p ý kiến v chia sẻ kinh nghiệm ể giúp chúng em ho n th nh ề t i n y. Cuối cùng, do kiến thức còn hạn hẹp nên không tránh khỏi những sai sót. Chúng em rất mong nh n ược s ng g p ý kiến của quý thầy cô và các bạn ể có thể hoàn thiện hơn. Chúng em xin chân thành cảm ơn! Tp. Hồ Chí Minh, ng y 13 tháng 2 năm 2017 Nhóm sinh viên th c hiện Nguyễn Chân Tâm Lê Văn Tưởng iv
8. TÓM TẮT Ngày này, tốc ộ phát triển của truyền thông vô tuyến tăng trưởng nhanh chóng. Nó có thể phục vụ số lượng lớn các thiết bị th ng minh. Hơn thế nữa, ngay cả các iện thoại thông minh có thể tiêu thụ ăng th ng nhiều hơn các thiết bị iện thoại truyền thống. Cùng với s phát triển ngày càng nhanh của công nghệ, bài toán về phân bổ phổ tần số một cách hiệu quả ã v ang trở thành một vấn ề thiết yếu. ể giải quyết vấn ề cạn kiệt nguồn tài nguyên, khái niệm vô tuyến nh n thức ra ời. Trong vô tuyến nh n thức, có hai loại người dùng ược phân cấp l người dùng sơ cấp v người dùng thứ cấp. Gần y, người ta ề nghị m h nh Un erlay ể giải quyết vấn ề s dụng phổ liên tục cho người dùng thứ cấp. Trong mô hình Underlay hay còn gọi là mô hình dạng nền, người dùng thứ cấp có thể s dụng tần số cùng lúc với người ùng sơ cấp, miễn là can nhiễu tạo ra từ những hoạt ộng của người dùng thứ cấp ến người ùng sơ cấp phải nhỏ hơn một mức giới hạn cho phép. ể tăng cường hoạt ộng của m h nh n y, người ta s dụng giao thức truyền thông hợp tác ể chống lại vấn ề giới hạn công suất truyền, c ng như vấn ề fading của kênh truyền. Trong th c tế mạng vô tuyến nh n thức dạng nền ều phát sinh ra can nhiễu, lu n van này xem xét về vấn ề can nhiễu từ ưa ra những nh n xét nhằm tối ưu h a can nhiễu trong mạng vô tuyến nh n thức. Lu n văn cáo n y ánh giá xác suất dừng của mạng vô tuyến nh n thức với s hợp tác giữa người dùng thứ cấp trên nền tảng mô hình mạng vô tuyến nh n thức (Underlay), vẫn không làm ảnh hưởng tới người ung chính, c nghĩa l giới hạn v iều tiết ược lượng nhiễu mà người dùng chính có thể chấp nh n ược và thông tin truyền i kh ng ị ảnh hưởng. v
9. ABSTRACT Today the speed of development of wireless communications rapid growth. Moreover, even the smart phone may consume more bandwidth than the traditional telephony equipment. Along with the increasingly rapid development of technology, the problem of distribution of frequency spectrum efficiently has become a critical issue. To solve the problem of resource depletion, cognitive radio concept was born. In cognitive radio, there are two kinds of users are the primary users and secondary users. Recently we were proposed Underlay model to slove the problem using continue spectrum for secondary users. In underlay model, also known as model substrate, the secondary user can use the same frequency with primary user, as long as the interference generated from the operation of the secondary user to user profile level must be less than a limit allows. To enhance the operation of this model, we use the communication protocol of co-operation to combat the problem of limited transmission capacity, as well as the problem of fading channel. In fact cognitive radio networking platform types are emitted interference, this thesis consider the problem of interference from which to make comments to optimize interference in cognitive radio network. This thesis reviews the outage probability the cognitive radio network with the co-operation between secondary users on the platform model cognitive radio network ( Underlay), did not affect the primary user, that is the limit and regulate the mount of noise that the primary user can accept and transmit information is not affected. vi
10. MỤC LỤC Trang bìa NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP i PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƢỚNG DẪN ii PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN iii LỜI CẢM ƠN iv TÓM TẮT v ABSTRACT vi MỤC LỤC vii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ix DANH MỤC CÁC BIỂU ĐỒ VÀ HÌNH ẢNH x Chƣơng I: TỔNG QUAN 1 1.1. Giới thiệu chung 1 1.2. Mục tiêu nghiên cứu 1 1.3. Lý do chọn ề tài: 2 1.3. ối tượng và phạm vi nghiên cứu 3 1.4. Bố cục của ồ án 3 Chƣơng II: LÝ THUYẾT TỔNG QUAN 4 2.1 Mạng vô tuyến nh n thức CR. 4 2.2 Các mô hình trong vô tuyến nh n thức 9 2.2.1 Truyền theo kỹ thu t Overlay 10 2.2.2 Truyền dẫn theo kỹ thu t Underlay 10 2.3 Các kỹ thu t ược s dụng trong vô tuyến nh n thức 11 2.3.1 Spectrum sensing 12 2.4 Phương pháp tuyền tín hiệu trong truyền thông hợp tác 16 2.4.1. Khuếch ại và chuyển tiếp (AF) 16 2.4.2. Giải mã và chuyển tiếp (DF) 17 2.5. Ưu, nhược iểm của truyền thông hợp tác 18 2.5.1. Ưu iểm 18 2.5.2. Nhược iểm 18 2.6. Nhiễu ồng kênh (Co-channel interference) 19 vii
11. 2.6.1. ịnh nghĩa 19 2.6.2. Nguyên nhân gây ra nhiễu ồng kênh 20 2.6.3. Can nhiễu hạn chế 21 2.6.4. Một số giải pháp hạn chế nhiễu ồng kênh 21 2.6.5. Nguyên lý tái s dụng tần số 21 2.6 Fading 22 2.7 Noise 22 2.8 Mạng vô tuyến nh n thức với can nhiễu hạn chế 23 Chƣơng III: MÔ HÌNH HỆ THỐNG 25 3.1 Giới thiệu mô hình hệ thống. 25 3.1.1. Mô hình truyền dữ liệu mạng vô tuyến nh n thức. 25 Chƣơng IV: PHÂN TÍCH HIỆU SUẤT 28 4.1 Xác suất dừng 28 4.2 S thay ổi khi tăng số lượng Relay: 31 Chƣơng V: KẾT QUẢ MÔ PHỎNG. 34 5.1 Xác suất dừng phụ thuộc vào tỉ lệ công suất truyền trên nhiễu. 34 5.2 Xác suất dừng phụ thuộc vào tỉ lệ can nhiễu trên nhiễu. 36 5.3 Xác suất dừng phụ thuộc vào số Relay. 37 Chƣơng 6: KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN. 39 6.1. Kết lu n. 39 6.2 Hướng phát triển. 39 TÀI LIỆU THAM KHẢO 40 viii
12. DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT CRN Cognitive Relay Networks Vô tuyến nh n thức hợp tác CON Conventional Relay Networks Mạng hợp tác truyền thống SNR Signal To Noise Ratio Tỉ lệ công suất tín hiệu trên nhiễu SUS Secondary Source Máy phát thứ cấp SUD Secondary Destination Máy thu thứ cấp PURX Primary Receiver Máy thu sơ cấp OP Outage Probability Xác suất dừng ix
13. DANH MỤC CÁC BIỂU ĐỒ VÀ HÌNH ẢNH Hình 2.1 J. Mitola 4 H nh 2.2 M h nh cơ ản truyền thông hợp tác 5 Hình 2.3 Các khoảng phổ có thể s dụng ược biểu diễn trên miền thời gian và miền tần 8 Hình 2.4 Những khoảng truy c p ộng ược biểu diễn trên miền thời gian và miền tần số 8 Hình 2.5 S dụng phổ tần của ba mô hình chính trong Vô tuyến nh n thức 9 Hình 2.6 Chia sẻ phổ tần theo phương pháp Spectrum Underlay 11 Hình 2.7 Chu kỳ cảm biến Tp và ảnh hưởng ến người ùng sơ cấp 13 Hình 2.8 Khoảng cách cho phép ể người dùng thứ cấp có thể cùng phát trên một phổ tần với người ùng sơ cấp .14 Hình 2.9 S kết hợp giữa các người dùng thứ cấp với nhau 16 Hình 2.10 Phương pháp khuếch ại và chuyển tiếp 17 Hình 2.11 Phương pháp giải mã và chuyển tiếp 17 Hình 2.12 Nhiễu ồng kênh .19 Hình 3.1. Mạng truyền dẫn hợp tác chuyển tiếp trong mạng vô tuyến nh n thức un erlay 25 Hình 5.1. Xác suất dừng phụ thuộc vào tỉ lệ công suất truyền trên nhiễu 34 Hình 5.2. Xác suất dừng phụ thuộc vào tỉ lệ can nhiễu trên nhiễu 36 Hình 5.3. Xác suất dừng phụ thuộc vào số Relay 37 x
14. Chƣơng I: TỔNG QUAN 1.1. Giới thiệu chung Hiện nay, với việc bùng nổ các nhu cầu, ứng dụng viễn thông, vấn ề tối ưu h a ăng th ng ang rất ược quan t m. B i toán ăng th ng tuy ã c thể giải quyết với mạng vô tuyến nh n thức CR, nhưng vẫn tồn tại nhiều vấn ề cần giải quyết ể có thể ứng dụng thức tiễn. Với ề t i n y, người viết ánh giá về giao thức truyền dẫn s dụng các relay chuyển tiếp s dụng mô hinh mạng Underlay. Trong giao thức ược ề xuất sau y, một nguồn phát thứ cấp ược s dụng ể truyền các gói thông tin của n ến một ích thứ cấp thông qua s trợ giúp của các bộ tiếp sóng (relay) thứ cấp ược l a chọn phù hợp với mô hình truyền dẫn, nhưng khi truyền bị giới hạn bởi công suất nhất ịnh không ảnh hưởng ến người dùng chính, từ ta lấy ược xác suất dừng. Ngo i ra ề tài còn này so sánh giữa mạng nh n thức chuyển tiếp (Cognitive Relay Networks - CRN) và mạng chuyển tiếp truyền thống (Conventional Relay Networks – CON). Từ ề tài này ta có thể rút ra ược những ặc iểm của hai loại mạng và những ảnh hưởng của các yếu tố khoảng cách. 1.2. Mụ i nghi n ứ Nghiên cứu về các ý niệm, cơ sở lý thuyết an ầu trong việc áp dụng mạng truyền dẫn s dụng kết hợp các s dụng relay chuyển tiếp trên mô hình mạng underlay. Lu n văn n y nghiên cứu và ánh giá hiệu năng của mạng vô tuyến nh n thức thức s dụng phương thức truyền hợp tác giữa người dùng thứ cấp trên nền tảng un erlay, trong khi vẫn ảm bảo không ảnh hưởng ến người ùng sơ cấp. Lu n văn n y ưa ra các iểu thức chính xác và tiệm c n ưới của xác suất dừng, các tiêu chuẩn l a chọn relay tốt nhất. Các biểu thức n y ược biểu diễn ưới dạng tường minh, giúp cho các nhà thiết kế dễ dàng tính toán, tối ưu v quy hoạch mạng lưới. 1
15. 1.3. Lý do chọn đề tài: Cùng với s phát triển ngày càng nhanh của khoa học và công nghệ, bài toán về phân bổ phổ tần số một cách hiệu quả ã v ang trở thành một vấn ề thiết yếu. Bởi ăng tần là tài nguyên có giới hạn, vì v y òi hỏi cần phải có những giải pháp hiệu quả ể tái thiết s dụng lại phổ tần hoặc chia sẻ ăng tần giữa các mạng vô tuyến. Vô tuyến nh n thức với khả năng nh n biết ược m i trường xung quanh, từ iều chỉnh các tham số truyền và phát của n ể tối ưu hệ thống, ồng thời vô tuyến nh n thức còn có khả năng cảm nh n phổ và chia sẽ phổ tần từ c thể giải quyết ược bài toán phân bổ phổ tần. y l lý o thứ nhất tôi chọn hướng nghiên cứu là vô tuyến nh n thức. Trong a m h nh cơ ản của vô tuyến nh n thức: mô hình xen kẽ (Interweave), mô hình chia sẻ tần số (Overlay) và mô hình dạng nền (Un erlay). Trong m h nh Interweave c nhược iểm là hoạt ộng của mạng thứ cấp còn phụ thuộc vào mạng sơ cấp, o chất lượng dịch vụ của mạng thứ cấp kh ng ược ảm bảo. Trong mô hình Overlay, do mạng sơ cấp và mạng thứ cấp hoạt ộng trên cùng một ăng tần nên nhược iểm của hệ thống n y l máy thu sơ cấp phải ược trang bị các kỹ thu t loại trừ can nhiễu từ các máy phát thứ cấp rất phức tạp. Trong mô hình Underlay thì mạng sơ cấp và mạng thứ cấp c ng hoạt ộng trên cùng ăng tần, tuy nhiên công suất phát của máy phát thứ cấp bị giới hạn ể không gây can nhiễu cho máy thu sơ cấp. Với ưu iểm l kh ng òi hỏi kỹ thu t loại trừ can nhiễu phức tạp tại máy thu sơ cấp, mạng Un erlay ang ược các nhà nghiên cứu quan tâm nhiều hơn. y l lý o thứ hai tôi chọn mạng Underlay trong mô hình vô tuyến nh n thức. Và lý do cuối cùng, trong các nghiên cứu trước y th các tác giả ã ề xuất v ánh giá hiệu năng của mô hình truyền a chặng trong vô tuyến nh n thức dạng nền. Tuy nhiên như ã ề c p ở trên, các mô hình này chỉ s dụng s truyền tr c tiếp ể chuyển tiếp dữ liệu tại mỗi chặng. Vì v y, hiệu năng của các mô hình này sẽ không cao. Trong lu n văn n y, truyền thông cộng tác ược s dụng tại mỗi chặng ể n ng cao ộ tin c y chuyển tiếp tại các chặng . Hơn thế nữa, truyền th ng tăng cường c ng ược s dụng ể nâng cao hiệu quả phổ trong s truyền dữ liệu tại các chặng. 2
16. 1.3. Đối ƣợng và phạm vi nghiên cứu Mô hình chung của hệ thống truyền dẫn s dụng relay chuyển tiếp có phân t p trong mạng vô tuyến nh n thức. Các yếu tố ảnh hưởng xác suất dừng. So sánh với hệ thống mạng truyền dẫn truyền thống. 1.4. Bố cục của Đồ án Chương 1. Tổng quan. Chương 2. Lý thuyết tổng quan: Lý thuyết tổng quan. Nội ung chương n y t m hiểu về vô tuyến nh n thức, truyền thông hợp tác và các nghiên cứu liên quan. Chương 3. M h nh hệ thống: cho thấy mô hình hệ thống ã ược ề c p, phân tích quá trình hoạt ộng của hệ thống. Chương 4. Ph n tích hiệu suất: trình bày phân tích tính toán hiệu suất, các yếu tố, thông số ảnh hưởng ến hiệu suất hoạt ộng của mô hình. Chương 5. Kết quả mô phỏng: thể hiện, ánh giá kết quả mô phỏng. Chương 6. Kết lu n v hướng phát triển. 3
17. Chƣơng II: LÝ THUYẾT TỔNG QUAN 2.1 Mạng vô tuyến nhận thức CR. Khái niệm về mạng vô tuyến nh n thức ra ời v o năm 1999, o J. Mitola ề xuất bắt nguồn từ việc s dụng ăng tần không th c s hiệu quả. Như chúng ta ã iết, ăng thông là một nguồn tài nguyên hữu hạn, tuy ãy ăng tần là rất rộng lớn, nhưng với một công nghệ iều chế, truyền dẫn nhất ịnh, nó chỉ có thể hoạt ộng hiệu quả trên một phần nhỏ dãy tần. Bên cạnh l s bùng nổ về nhu cầu, ứng dụng dịch vụ không dây trong thời gian gần y v sắp tới. Mặt khác, chính sách quản lý ăng th ng vẫn kh ng ủ linh hoạt, thường không hợp lý, dẫn ến một hiện trạng là mặc dù hầu như mọi tần số ều ã ược cấp phép, nhưng ường như vẫn l kh ng ủ ể áp ứng nhu cầu. Lý do là do những người dùng có bản quyền này không hề hoạt ộng ở mọi thời iểm, o sẽ có những khoảng thời gian mà các dãy tần n y l kh ng ược s dụng, dẫn ến s lãng phí ăng th ng [1-2]. Hình 2.1 J. Mitola 4
18. Từ , một ý tưởng ược ưa ra l một mạng vô tuyến thông minh, mô hình này có hai thành phần: mạng sơ cấp (Primary Network) và mạng thứ cấp (Secondary Network). Trong , mạng thứ cấp có khả năng nh n biết ược trạng thái ăng th ng xung quanh nó, và s dụng chúng khi các người dùng có bản quyền, hay còn gọi là người dủng sơ cấp, không hoạt ộng (overlay) hoặc dùng chung tần số nhưng kh ng gây ảnh hưởng cho các người dùng có bản quyền (underlay). Hình 2.2 Mô hình ơ bản truyền thông hợp tác. Hiện nay c a phương pháp chính ể thiết kế mạng vô tuyến nh n thức là: interweave, overlay và underlay. Trong a phương pháp này thì phương pháp underlay nh n ược nhiều s quan tâm của các nhà khoa học nghiên cứu gần y khi m ưu iểm của nó là cho phép các mạng sơ cấp và mạng thứ cấp có thể tiến hành song song hai hoạt ộng truyền và phát. M h nh cơ ản của hệ thống truyền thông cộng tác [1-2] (xem hình 2.2) bao gồm: S (Source): một nút nguồn. R (Relay): một nút chuyển tiếp R (Relay). D (Destination): một nút ích. 5
19. Việc truyền dữ liệu từ nút nguồn ến nút ích trong hệ thống truyền thông hợp tác diễn ra trong 2 khe thời gian tr c giao. Trong khe thời gian thứ nhất, nút nguồn phát tín hiệu của nó về nút ích. Tuy nhiên, o ản chất của kênh vô tuyến, nút chuyển tiếp (ở gần nút nguồn) c ng c thể nh n ược tín hiệu. Trong khung thời gian thứ hai, nút chuyển tiếp sẽ truyền tín hiệu mà nó nh n ược từ nút nguồn về nút ích. Trong m h nh khuếch ại và chuyển tiếp (Amplify and Forward) [2], nút R khuếch ại tín hiệu nh n ược và truyền tín hiệu ến nút ích. Trong m h nh giải mã và chuyển tiếp (Decode and Forward) [11], nút chuyển tiếp chỉ truyền tín hiệu tới ích khi n giải mã tín hiệu nh n ược từ nút nguồn thành công. Cuối cùng, nút ích sẽ kết hợp hai tín hiệu mà nó nh n ược bằng kỹ thu t phân t p kết hợp như Selection Combining (SC), Equal Gain Combining (EGC) và Maximal Ratio Combining (MRC). Mặc dù truyền thông cộng tác tăng cường hiệu năng của hệ thống, nhưng như ta ã thấy hệ thống luôn s dụng hai khe thời gian ể truyền dữ liệu. iều này gây nên s giảm hiệu quả phổ khi so sánh với mô hình truyền tr c tiếp giữa nút nguồn v nút ích. ể tăng hiệu quả phổ, mô hình truyền thông cộng tác tăng cường ã ược ề xuất. Trong m h nh n y, nút ích sẽ giải mã tín hiệu nh n ược từ nút nguồn ở khe thời gian thứ nhất. Nếu nút ích giải mã ược, nó sẽ g i th ng iệp ến nút nguồn và nút chuyển tiếp. Trong trường hợp này nút chuyển tiếp không cần chuyển tiếp dữ liệu. Trong trường hợp nút ích kh ng thể giải mã ược, nó sẽ yêu cầu nút chuyển tiếp g i lại tín hiệu nguồn. Như v y, phương pháp truyền thông cộng tác tăng cường có thể giảm số lượng khe thời gian ược s dụng nếu chất lượng kênh truyền giữa nút nguồn v nút ích tốt. Trong các ứng dụng mà nút nguồn ở xa nút ích, việc truyền dữ liệu thông qua những chặng ngắn hơn v s dụng công suất truyền thấp hơn c thể ạt ược hiệu quả cao hơn việc s dụng công suất lớn ể truyền tr c tiếp dữ liệu từ nguồn ến ích. y c ng l những m h nh thường gặp trong những mạng cảm biến vô tuyến (Wireless Sensor Network) hay mạng Ad-hoc. Trong mạng chuyển tiếp a chặng th ng thường [2], dữ liệu nguồn ược chuyển tiếp theo từng chặng từ nguồn ến ích. Nút ích sẽ không nh n ược tín hiệu nếu s chuyển tiếp tại một chặng n o kh ng th nh c ng. Do , hiệu năng của mô hình này thấp bởi v ộ lợi phân t p ạt ược chỉ bằng một. ể tăng cường ộ lợi phân t p, trong các tác giả ã ề xuất s dụng kỹ thu t truyền thông cộng 6
20. tác cho các nút chuyển tiếp nằm trên tuyến từ nguồn ến ích. Theo phương pháp này, các nút chuyển tiếp sẽ kết hợp dữ liệu nh n ược từ nguồn và các nút chuyển tiếp phía trước nó. Sau , các nút này sẽ x lý những dữ liệu nh n ược và th c hiện việc truyền dữ liệu sau khi x lý ến những nút kế tiếp. Các tác giả ề xuất s dụng những nút bên ngoài tuyến và s dụng truyền thông cộng tác ể tăng cường hiệu quả truyền dữ liệu tại mỗi chặng. Kế ến, viện các kỹ sư iện, iện t Hoa Kỳ (IEEE) ã ịnh nghĩa v tuyến nh n thức như sau: Vô tuyến nh n thức là một hệ thống thu / phát ược thiết kế ể phát hiện nhạy bén các khoảng phổ trống của phổ vô tuyến và nhảy vào (hoặc thoát ra nếu cần thiết) các khoảng phổ này, mà không làm ảnh hưởng, gây nhiễu cho các hệ thống ược cấp phép khác. y l một công nghệ rất tiềm năng trong chính sách quy hoạch tần số tĩnh hiện nay, công nghệ giúp t n dụng các tần số nhàn rỗi không ược s dụng ến bởi người ùng sơ cấp, nâng cao hiệu suất s dụng phổ tần của mạng vô tuyến. Qua các ịnh nghĩa cốt lõi trên ta có thể tóm tắt lại: Vô tuyến nh n thức là một hệ thống có khả năng thay ổi các thông số truyền, d a vào th c tế v tương tác với m i trường xung quanh. Về bản chất các CR là các SDR với trí tuệ nhân tạo, có khả năng cảm nh n và phản ứng với môi trường. Từ cấp phát tài nguyên vô tuyến và các dịch vụ không dây phù hợp với nhu cầu s dụng. Công nghệ mới này d a trên một nền tảng thông minh giúp cho việc cấp phát phổ tần tối ưu hơn, l m tăng thêm áng kể lượng phổ hiện có của các nhà cung cấp dịch vụ, v n hành mạng. 7
21. Hình 2.3 Các khoảng phổ có thể sử dụng đƣợc biểu diễn trên miền thời gian và miền tần số Vô tuyến nh n thức ược nghiên cứu ể cho phép một ầu cuối vô tuyến có thể cảm nh n và s dụng bất kì phổ tần số vô tuyến nào có trong thời iểm hiện tại, nhảy vào s dụng vùng phổ rỗi và thoát ra ngay khi vùng phổ này cần s dụng. Hình 2.4 Những khoảng truy cập động đƣợc biểu diễn trên miền thời gian và miền tần số 8