Luận văn Nghiên cứu kỹ thuật truyền thông đa chặng trong thông tin vô tuyến băng rộng

ðể ñạt ñược nhưng yêu cầu về thông lượng, phạm vi phủ sóng
rộng lớn, cũng như việc cung cấp chất lượng dịch vụ tốt hơn, hệ
thống vô tuyến băng rộng ñã sử dụng kỹ thuật truyền thông ña chặng
với các nút chuyển tiếp. Kỹ thuật truyền thông ña chặng sử dụng nút
chuyển tiếp ñể chia ñường truyền (vùng phủ sóng) ra thành nhiều
chặng nhỏ. Kỹ thuật này có nhiều ưu ñiểm như: giảm công suất phát,
mở rộng vùng phủ sóng của mạng, tăng thông lượng hệ
thống….Ngoài ra, việc tăng số chặng của hệ thống ảnh hưởng như
thế nào ñến hiệu năng của hệ thống cũng là vấn ñề cấp thiết cần ñược
nghiên cứu khi thiết kế mạng. Chính vì những vấn ñề trên, mà việc
nghiên cứu kỹ thuật truyền thông ña chặng trong thông tin vô tuyến
băng rộng là cần thiết.

1. Bð GIÁO DC VÀ ðÀO TO
ðI HðC ðÀ NNG


TRƯƠNG NGðC PHÚ



NGHIÊN CU K THU T TRUYN THÔNG ðA CHNG
TRONG THÔNG TIN VÔ TUY N BĂNG RNG


Chuyên ngành: K thut ñin t
Mã s: 60.52.70


TÓM TT LU N VĂN THC SĨ K THU T







ðà Nng, Năm 2013 https://tailieuabc.com/

2. Công trình ñưc hoàn thành ti
ðI HăC ðÀ NNG



Ngưi hưng dn khoa hc: TS NGUYơN LÊ HÙNG


Ph n bin 1: TS. NGUY ơN VĂN TUN



Ph n bin 2: PGS TS. NGUY ơN H U THANH



Lun văn ñưc b o v ti Hi ñng chm Lun văn tt nghip
Thc sĩ k thut hp ti ði hc ðà Nng vào ngày 2 tháng 6 năm
2013






* Có thð tìm hiðu lun văn ti :
- Trung tâm Thông tin - Hc liu, ði hc ðà Nng
https://tailieuabc.com/

3. 1
M! ð"U
1. Tính c
#p thi$t c%a ñ& tài
Trong nh
ng thp niên trĨ li ñây, vi phát triăn mnh cưa các
d
ch v s liu, các nhu cu truyn thông ña phương tin vi tc ñ
cao,
ñã thúc ñy vic nghiên c u ra nhiu công ngh mi vi băng
thông r
ng hơn Ưă ñáp ng li s! phát triăn này. Mng vô tuy"n băng
r
ng vi các tiêu chun mi như Wimax, LTE/LTE- Advanced, vi
các
ưu ñiăm vưt tri v tc ñ truyn t i d liu, h a h#n s$ ñem li
cho ng
ư%i s& dng các dch v truy cp s liu tc ñ và cht lưng
cao.
ð ñt ñưc nhưng yêu cu v thông lưng, phm vi phư sóng
r
ng ln, cũng như vic cung cp cht lưng dch v tt hơn, h
th
ng vô tuy"n băng rng ñã s& dng k thut truyn thông ña ch(ng
v
i các nút chuyăn ti"p. K thut truyn thông ña ch(ng s& dng nút
chuy
ăn ti"p Ưă chia ñư%ng truyn (vùng phư sóng) ra thành nhiu
ch
(ng nh). K thut này có nhiu ưu ñiăm như: gi m công sut phát,
m
Ĩ rng vùng phư sóng cưa mng, tăng thông lưng h
th
ng….Ngoài ra, vic tăng s ch(ng cưa h thng nh hƠĨng như
th
" nào ñ"n hiu năng cưa h thng cũng là vn ñ cp thi"t cn ñưc
nghiên c
u khi thi"t k" mng. Chính vì nhng vn ñ trên, mà vic
nghiên c
u k thut truyn thông ña ch(ng trong thông tin vô tuy"n
b
ăng rng là cn thi"t.
2. M
'c tiêu nghiên c(u
+ Nghiên c
u các h thng truyn d*n trong thông tin vô tuy"n
b
ăng rng làm cơ sĨ cho vic mĨ rng mng b+ng k thut chuyăn
ti
"p.
+ Nghiên c
u các k thut chuyăn ti"p làm nn t ng cho vic
nghiên c
u k thut truyn thông ña ch(ng. https://tailieuabc.com/

4. 2
+ Nguyên c u ñánh giá hiu năng h thng ña ch(ng Ưă làm cơ
s
Ĩ cho vic qui hoch, ti ưu mng.
+ Xây d
!ng chương trình mô ph)ng b+ng phn mm Matlab Ưă
ki
ăm ch ng k"t qu lý thuy"t ñã ñ cp.
3.
ði tư)ng và ph*m vi nghiên c(u
+ Các
ñ(c tính cưa mng thông tin vô tuy"n băng rng.
+ Các
ñ(c tính, nguyên lý hot ñng cưa k thut chuyăn ti"p,
ưu nhưc ñiăm k thut mng ña ch(ng, ki"n trúc mng t" bào ña
ch
(ng.
+ Phân tích hi
u năng h thng hai ch(ng hp tác, h thng ña
ch
(ng không hp tác vi nút chuyăn ti"p c ñnh.
+
,ng dng Matlab Ưă mô ph)ng.
4. Ph
ương pháp nghiên c(u
+ Thu th
p tài liu, chn lc và phân tích các thông tin liên
quan
ñ"n ni dung nghiên c u cưa ñ tài.
+ Nguyên c
u lý thuy"t v k thut chuyăn ti"p.
+ Xây d
!ng mô hình h thng hai ch(ng và ña ch(ng, ñánh giá
các tham s
cưa h thng.
+ S
& dng Matlab Ưă mô ph)ng ñánh giá các thông s mng ña
ch
(ng.
5. B
c'c ñ& tài
Theo m
c tiêu và ñi tưng nghiên c u ñã trình bày Ĩ phn
trên, n
i dung cưa ñ tài s$ bao gm các phn sau:
Ch
ương 1 Gi i thiu h thng thông tin vô tuy$n băng r,ng
N
i dung chương này gii thiu t-ng quan v h thông thng
tin di
ñng, h thng thông tin vô tuy"n băng rng c ñnh và băng
r
ng di ñng. Tìm hiău ñ(c tính cưa k thut OFDM. https://tailieuabc.com/

5. 3
Chương 2 K thut chuy-n ti$p trong m*ng ña ch.ng
Gi
i thiu v khái nim k thut chuyăn ti"p, các loi nút
chuy
ăn ti"p, các phương pháp chuyăn ti"p tín hiu, các cơ ch" b.t
c
(p chn nút chuyăn ti"p.
Ch
ương 3 K thut ña ch.ng trong m*ng băng r,ng
Gi
i thiu khái quát v k thut mng ña ch(ng, phân tích ưu
nh
ưc ñiăm cưa mng ña ch(ng. Trình bày mt s ki"n trúc cưa
m
ng t" bào ña ch(ng. Phân tích vn ñ tiêu th công sut phát trong
h
thng ña ch(ng.
Ch
ương 4 Phân tích hiu năng h thng ña ch.ng vi nút
chuy
-n ti$p c ñ/nh
Phân tích hi
u năng cưa mng hai ch(ng hp tác và mng ña
ch
(ng vi mô hình tuy"n tính không hp tác. ðánh giá các tham s
c
ưa h thng như SNR, t/ l l0i bít, xác sut rt cưa h thng.
Ch
ương 5 Mô ph 0ng và k$t qu1
Gi
i thiu các lưu ñ mô ph)ng và các k"t qu mô ph)ng thu
ñưc v ñánh giá t/ l l0i bit, xác sut rt cưa h thng hai ch(ng hp
tác, h
thng ña ch(ng.
6. T
2ng quan tài liu nghiên c(u
Tài li
u nghiên c u ñưc tham kh o là nhng bài báo, các lun
v
ăn thc s t1 các trư%ng ñi hc cưa các quc gia khác trên th" gii,
cùng v
i các trang web tìm hiău.





https://tailieuabc.com/

6. 4
CHƯƠNG 1
GI3I THI4U H4 TH5NG THÔNG TIN BĂNG RNG
1.1 GI
3I THI4U CHƯƠNG
Trong ch
ương này s$ gii thiu khái quát quá trình phát triăn
c
ưa mng vô tuy"n di ñng t1 th" h ñu tiên ñ"n công ngh mi
nh
t 4G. Ti"p ñ"n, s$ gii thiu và so sánh các công ngh vô tuy"n
b
ăng rng c ñnh và vô tuy"n băng rng di ñng.
1.2 QUÁ TRÌNH PHÁT TRI
6N MNG THÔNG TIN VÔ
TUY
N DI ðNG
1.3 M
NG THÔNG TIN VÔ TUY N BĂNG RNG

Hình 1.3 Phân lo
i mng vô tuy"n băng rng
1.3.1 M
*ng vô tuy$n băng r,ng c ñ/nh
a. Wi-Fi
b. WiMax
1.3.2 M
*ng vô tuy$n băng r,ng di ñ,ng
a. M
ðng th hð th 3 (3G)
b. M
ðng th hð th 4 (4G)
https://tailieuabc.com/

7. 5

Wi-Fi

Wimax

4G

3.xG


3G

2G
Tính di ñng
Tðc ñ
1.3.3 So sánh m*ng vô tuy$n băng r,ng di ñ,ng và c ñ/nh











Hình 1.6 Quan h
gia vô tuy"n c ñnh và vô tuy"n di ñng
1.4 K
THU T OFDM
1.4.1 Gi
i thiu
1.4.2 Nguyên lý c
ơ b1n c%a k thut OFDM
1.4.3 S
7 tr7c giao (Orthogonal)
1.4.4 S
ơ ñ8 khi h thng OFDM
1.4.6
Ưu ñi-m và như)c ñi-m c%a k thut OFDM
1.5 K
T LU N CHƯƠNG
M
ng vô tuy"n băng rng c ñnh giúp ngư%i s& dng ñáp ng
nhu c
u ngày càng tăng cho vic truy cp vô tuy"n băng thông rng
t
i các ñiăm phát sóng. Trong khi các công ngh vô tuy"n băng rng
di
ñng cho phép truy cp mng vô tuy"n băng thông rng vi ngư%i
dùng v
i tinh di ñng cao. https://tailieuabc.com/

8. 6
CHƯƠNG 2
K THU T CHUY6N TIP TRONG MNG ðA CHNG
2.1 GI3I THI4U CHƯƠNG
N
i dung chương này s$ gii thiu khái nim cơ b n v nút
chuy
ăn ti"p, nhng phương pháp chuyăn ti"p thư%ng ñưc s& dng
trong m
ng băng rng. Ngoài ra, trong chương cũng s$ phân tích mt
s
loi chuyăn ti"p, các phương th c b.t c(p l!a chn nút chuyăn
ti
"p.
2.2 GI
3I THI4U V K THU T CHUY6N TIP
Nguyên lý c
ưa k thut chuyăn ti"p là s& dng nút chuyăn ti"p
(RN) nh
ư mt thi"t b Ưă truyn d liu gia trm gc (BS) và thi"t
b
ngư%i dùng (UE/ MS). Hình 2.1 cho ta mt mô hình mng chuyăn
ti
"p ñơn gi n vi ngun (BS), nút chuyăn ti"p (Relay) và ñích (UE).



2.3 CÁC LO
I CHUY6N TIP
Có hai lo
i chuyăn ti"p ñưc ñnh nghĩa trong tiêu chun
3GPP LTE-Advanced là chuy
ăn ti"p loi 1 (Type-I) và loi 2 (Type-
II). Nút chuy
ăn ti"p loi 1 là Ưă mĨ rng vùng phư sóng. Nút chuyăn
ti
"p loi 2 ñưc s& dng Ưă c i thin c i thin cht lưng dch v và
dung l
ưng ñư%ng truyn.
Hình 2.1 Minh h
a k thut chuyăn ti"p https://tailieuabc.com/

9. 7
2.4 CÁC PHƯƠNG PHÁP CHUY6N TIP TÍN HI4U
2.4.1 Khu
$ch ñ*i và chuy-n ti$p (AF)
2.4.2 Gi
1i mã và chuy-n ti$p (DF)
2.4.3 Gi1i ñi&u ch$ và chuy-n ti$p (DMF)
2.5 CÁC K
THU T CHUY6N TIP
2.5.1 Chuy
-n ti$p m,t chi&u (one way relay)



Hình 2.5 Chuyăn ti"p mt chiu
2.5.2 Chuy-n ti$p hai chi&u (two way relay)



Hình 2.6 Chuyăn ti"p hai chiu
2.5.3 Chuy-n ti$p chia s9
2.6 PH
ƯƠNG PHÁP L:A CHðN NÚT CHUY6N TIP
2.6.1 Ph
ương pháp b;t c.p tp trung
2.6.2 Ph
ương pháp b;t c.p phân phi
2.7 K
T LU N CHƯƠNG
Các k
thut chuyăn ti"p trong mng ña ch(ng ñã ñưc phân
lo
i d!a trên cách th c ti"p cn khác nhau như d!a trên v trí, ch c
n
ăng cưa chuyăn ti"p trong mng, cách th c ti"p nhn và x& lý tín
hi
u cưa nút chuyăn ti"p. Qua ñó, có thă thy r+ng nút chuyăn ti"p
ñưc xem là phương th c Ưă ñ m b o dung lưng và tăng cư%ng
ph
m vi phư sóng cưa h thng vô tuy"n. https://tailieuabc.com/

10. 8
CHƯƠNG 3
K THU T ðA CHNG TRONG MNG BĂNG RNG
3.1 GI3I THI4U CHƯƠNG
Ch
ương này s$ phân tích ưu, nhưc ñiăm và trình bày mt s
ki
"n trúc ñiăn hình cưa mng t" bào ña ch(ng. Ngoài ra, trong phn
cu
i cưa chương s$ phân tích hiu qu cưa công sut phát khi thay
ñ-i s ch(ng truyn d*n vô tuy"n t1 ngun ñ"n ñích trong môi
tr
ư%ng không gian t! do .
3.2 KHÁI NI
4M MNG ðƠN CHNG VÀ ðA CHNG
+ M
*ng ñơn ch.ng
M
ng vô tuy"n di ñng hin ti (như GSM, CDMA, và IEEE
802.16) ho
t ñng theo cu trúc liên k"t ñiăm-ña ñiăm, trong ñó ch/
t
n ti hai và ch/ hai loi th!c thă mng, là trm gc (BS) và trm di
ñng (MS).


Hình 3.1 Topology m
ng ñơn ch(ng ñiăm – ña ñiăm
+ M
*ng ña ch.ng
M
ng chuyăn ti"p ña ch(ng là mt s! k"t hp cưa các liên k"t
ng
.n Ưă có thă phư sóng mt khu v!c ln rng ln b+ng cách s&
d
ng thi"t b chuyăn ti"p trung gian gia trm gc (BS) và máy thu
(MS). Trong hình 3.3a, vi
c truyn tín hiu vô tuy"n ch/ có thă ñ"n
các tr
m mà cách nhau mt ch(ng t1 máy phát. MS3 trong hình 3.3a
ch
/ có thă thi"t lp mt vic truyn d*n tr!c ti"p vi RS3. Trong hình https://tailieuabc.com/

11. 9
Hình 3.3 Hai topology ñiăn hình cưa mng chuyăn ti"p ña ch(ng
3.3b, MS3 có th
ă ñưc tham gia truyn d*n tr!c ti"p không ch/ vi
BS, mà còn v
i RS2 và RS3. Mô hình này còn gi là h thng ña
ch
(ng phi hp.




a) Topology 1 b) Topology 2


3.3
ƯU NHƯ<C ðI6M C=A MNG ðA CHNG
3.3.1
Ưu ñi-m c%a m*ng ña ch.ng
3.3.2 Nh
ư)c ñi-m c%a m*ng ña ch.ng
3.4 KI
N TRÚC MNG T BÀO ðA CHNG
3.4.1 M
*ng ña ch.ng vi nút chuy-n ti$p c ñ/nh
3.4.2 M
*ng ña ch.ng vi nút chuy-n ti$p di ñ,ng
3.4.3 M
*ng ña ch.ng vi nút chuy-n ti$p lai
3.5 V
N ð TIÊU TH> CÔNG SUT TRONG MNG ðA
CH
NG
3.5.1 Công su
#t phát trong h thng ñơn ch.ng
Công su
t phát cưa tuy"n truyn d*n ñơn ch(ng như sau:

2
_
KDPP
RxSHTx= (4.2)
V
i
()
2
4λπ=K https://tailieuabc.com/

12. 10
D
A B (a)
R
da db (b)
A B
Hình 3.12 Mô hình truyn thông ñơn ch(ng và hai ch(ng



3.5.2 Công su
#t phát trong h thng ña ch.ng
Trong tr
ư%ng hp t-ng quát, kho ng cách truyn d*n c
chia thành n ch
(ng b+ng nhau, ta có công sut phát cưa tuy"n truyn
d
*n ña ch(ng như sau :










≤





≤∞<<∀





= dBm
n
D
KPn
n
D
KPnP
RxRxMHTx
200|1;.
22
_
(4.4)
01234567891011121314151617181920
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
Multi-Hop vs Tx Power
PTX MH in W
n

Hình 3.13 Suy gi
m theo hàm mư cưa công sut phát vi s ch(ng
3.6 K
T LU N CHƯƠNG
Trong ch
ương này ñã trình bày nhng khái nim cơ b n, ưu
nh
c ñiăm v k thut truyn thông ña ch(ng. Mt s ki"n trúc
m
ng ña ch(ng ñã c ñưa ra, nhà qu n lý mng s$ l!a cho cho
mình ki
"n trúc mng hp lý phù hp vi ñiu kin th!c t". Ngoài ra,
qua phân tích s
 hc, ta thy r+ng công sut phát s$ gi m ñáng kă khi
t
ăng s ch(ng truyn d*n gia trm phát và trm thu. https://tailieuabc.com/

13. 11
S D
R
hS,R
hS,D
hR,D
CHƯƠNG 4
PHÂN TÍCH HI4U NĂNG H4 TH5NG ðA CHNG V3I
NÚT CHUY
6N TIP C5 ð?NH
4.1 GI3I THI4U CHƯƠNG
Ch
ương này s$ phân tích hiu năng cưa h thng hai ch(ng
h
p tác vi mt nút chuyăn ti"p và h thng ña ch(ng vi mô hình
tuy
"n tính s& dng nhiu nút chuyăn ti"p c ñnh ni ti"p nhau. Vic
ñánh giá hiu năng cưa mô hình ña ch(ng s$ th!c hin vic qua
ph
ương pháp d!a trên hàm sinh mô men.
4.2 H
4 TH5NG HAI CHNG
4.2.1 Mô hình và SNR h
thng không h)p tác
Mô hình h
thng vô tuy"n hai ch(ng không hp tác ñưc
trình bày
Ĩ hình 4.1.



Hình 4.1 H
thng truyn thông vô tuy"n hai ch(ng vi RS
T
/ s tín hiu trên nhi2u (SNR) ti ñu thu :

1
21
21++
=γγ
γγ
γ
eq
(4.5)
4.2.2 Mô hình h
thng hai ch.ng h)p tác
Xét mô hình h
thng vô tuy"n hai ch(ng hp tác như hình
4.3.




Hình 4.3 Mô hình h
thng hai ch(ng phân tp hp tác https://tailieuabc.com/

14. 12
ðnh nghĩa ngư3ng SNR cưa tín hiu γ0 là giá tr ti thiău cưa
SNR mà
ñích có thă nhn tín hiu thành công mà không cn s! h0
tr
 cưa tín hiu chuyăn ti"p.
4.2.3 Xác su
#t l@i bít trung bình
Xác su
t l0i bít trung bình cưa tín hiu k"t hp ti ñích khi
SNR c
ưa h thng (
DS,
γ) thp hơn ngư3ng γ0 c tính như sau:
( ) )()(1)()()(
00
ePPePPeP
directSDdivSD
×≤−+×≤=γγγγ (4.7)
Trong
ñó Pdiv là xác sut l0i trung bình cưa truyn d*n phân
t
p k"t hp t1 S và R ñ"n D.
( )
SDSDP γγγγ
00exp1)( −−=≤ (4.8)
( )
0)( γberfcaeP
direct ×=
( ) )1(
1
0
0
SD
SD
SDberfc
b
b
ea
SD
γγ
γ
γ
γγ
+
+
×− (4.11)
dybyerfcyfaeP
SDYdiv )()|()(
0
0
∫
∞
≤=γγ (4.15)
Bi
ău th c tính P div(e) ph thuc vào phương th c chuyăn ti"p
c s& dng Ĩ nút chuyăn ti"p.
a. Khu
ch i và chuyn tip (AF )
+ Tr
ng h p
γγ≠
SD
:
( ) ( )





+
−
+
×
−−
=
−
)(
11)1)((
,/
ζ
λ
γ
γλ
γ
γ
γ
γγ
γγ
erf
b
b
erf
b
b
e
a
eP
SD
SD
SD
SD
div
DSo

( )
( ) ( )γγγγγ
γγγγγγγ
−−−+
+−
SDSD
berfceee
SDSD
)(
0
///1/1
000
( )











+
−−+
−−−
ζ
γ
γ
γγ
γγγγγ
(
1
)()1(
0
/)/1/1(
00
erfc
b
b
berfcee
SD (4.17)
trong
ñó
SDSD
bγγγλ/)1(
0
+= và γγγζ/)1(
0 SD
b+=
https://tailieuabc.com/

15. 13
+Trng h p γγ=
SD
:
( )
( )
)(
4
1
5.0
1
1
0
/0)1(0
/
00
0
γ
γ
γγ
π
γ
γ
γγγγ
γγ
berfcee
b
be
a
eP
b
div
−+−
− +
−





+
+×
−
=

( ) ( )λ
γ
γ
γ
λ
γ
γerf
b
b
b
erf
b
b
++
−
+
−
11
5.0
1
( ) ( )



+
−+
−
λ
γ
γ
γ
γ
γ
γ
γ
γγ
erfc
b
b
berfce
1
2
0
0
/0
0 (4.19)

Cui cùng thay (4.8), (4.11) và (4.17) ho(c (4.19) vào (4.7) ta
có
c biu th c dng closed-form cho xác sut l0i bit ca h thng
hai ch
(ng vi nút chuyn ti"p AF, vi s! phân tp hp tác trên kênh
Rayleigh fading.
b. Gi
i mã và chuyn tip (DF )
Trong ph
ương th c DF, Xác sut l0i Pdiv(e) c tính như sau:

( ) )()(1)()()( ePePePePeP
comSRxSRdiv −+= (4.20)
Trong
ñó:
)
1
1()(
SR
SR
SRb
b
aePγ
γ+
−=
(4.21)
)(eP
x
có th c gii hn giá tr xu nht 5.0)(
≤eP
x

Xác su
t l0i Pcom(e) c tính trong hai trư%ng hp sau:
+ Tr
ng h p
RDSD
γγ≠:



+
−
+−
−
=
−−
)(
1
)(
1
)1(
)(
1/
0
ζ
γ
γ
γλ
γ
γ
γ
γγ
γγ
erf
b
b
erf
b
bea
eP
RD
RD
RD
SD
SD
SD
SDRD
com
SD

)()(
0
//)/1/1/(
00
0
RDSDRDSDberfceee
SDRDRDSD
γγγγγ
γγγγγγγ
−−−+
+−












+
−−+
−−−
)(
1
)1(
0
//1/1/(
00
ζ
γ
γ
γγγ
γγγγγ
erfc
b
b
berfee
RD
RD
RDRD
RDRDSD
(4.24)
V
i
SDSDb γγγλ /)1(
0 += và
RDRDb γγγζ /)1(
0 +=
https://tailieuabc.com/

16. 14
+ Trng h p
RDSDγγ=:

RD
e
a
eP
com
γγ/
0 1
)(
−
−
=


)(
4
1
5.0
1
0
/0)1/(0
00
γ
γ
γγ
π
γ
γ
γγγγ
berfcee
b
RDRD
RD
RDb
RD


+
−
+
+×
−+−


)(
11
5.0
)(
1λ
γ
γ
γ
λ
γ
γerf
b
b
b
erf
b
b
RD
RD
RDRD
RD++
−
+
−





+
−+
−
)(
1
2
0
0/0
0
λ
γ
γ
γ
γ
γ
γ
γ
γγ
erfc
b
b
berfce
RD
RD
RDRD
RD (4.26)
Cu
i cùng thay (4.21) và (4.24) ho(c (4.26) vào (4.20), sau ñó
th
" (4.8), (4.11) và (4.20) vào (4.7) ta có c biău th c dng closed-
form cho xác su
t l0i bit cưa h thng hai ch(ng vi nút chuyăn ti"p
DF, v
i s! phân tp hp tác trên kênh Rayleigh fading.
4.2.4 Xác su
#t rt m*ng (Outage)
Xác su
t mà SNR toàn h thng ti ñích thp hơn
0
γthì ta gi
là xác su
t rt.
a. Khu
ch i và chuyn tip (AF )
Xác su
t rt mng khi s& dng nút chuyăn ti"p AF có thă c
tính nh
ư sau:

)()|(
000,,
γγγγγγγ ≤≤≤+=
SDSDSDDRSoutPPP (4.27)







≠−
+
−
≠−
−
−−
−
+
=
γγγγ
γ
γγ
γγγγ
γγ
γ
γγ
γγ
γ
SDSD
SD
SD
SDSD
SD
SD
SD
out
if
if
P
,)/exp(1
,)/exp()/exp(1
0
0
00
(4.28)
b. Gi
i mã và chuyn tip (DF )
[ ]
000
|),min(Pr)Pr( γγγγγγγγ ≤≤+≤=
SDRDSDSRSDout
P https://tailieuabc.com/

17. 15
D
h1
h2 hn-1
Rn-1 R
1
Rn-2 R
2
hN
S

( )( )
( ) ( )











=





 +
−×
+−−
≠





−
−
+×
+−−
=
−
−−−
−−
−−−
RDSD
SD
SD
RDSD
RDSD
SDRD
out
ife
eee
if
ee
eee
P
SD
SRSDSR
SDRD
SRSDSR
γγ
γ
γγ
γγ
γγ
γγ
γγ
γγγγγγ
γγγγ
γγγγγγ
,1
11
,1
11
0
000
00
0000
(4.32)
4.3 H
4 TH5NG ðA CHNG
4.3.1 Mô hình kênh và SNR h
 thng
Xét h
thng truyn thông vô tuy"n như hình 4.4. Tín hiu t1
ngu
∫n lan truyn qua n ch(ng trưc khi ñ"n ñích. Trong ñó hn là biên
ñ fading cưa ch(ng th n.




Hình 4.4 S
ơ ∫ khi h thng N ch(ng
Ta có SNR toàn h
thng (
eqN
γ) c cho bĨi:

1
1
1
1
1
−
=





−








+=∏
N
n n
eqN
γ
γ
(4.34)
4.3.2 Xác su
#t rt m*ng
V
i mô hình h thng Ĩ hình 4.4, khi n=2, ta có xác sut rt
c
ưa h thng 2 ch(ng cho như sau:
[ ]






<
+
=<=ththeqout
C
PPP
γ
γ
γγ
γγ
2
21
(4.37)

)2(21
21
1
21
1
γγ
γ
γγ
γ
γγ thth
outC
Ke
C
P
th
−
−= (4.39)
V
i
∫
∞
−=
0
1
cosh)coshexp()( dtttxxK https://tailieuabc.com/

18. 16
Vi h thng n ch(ng, ta s& dng phương pháp d!a trên hàm
MGF
Ưă tính Pout. Xác sut rt mng Pout cưa h thng n ch(ng s&
d
ng chuyăn ti"p không tái sinh c tính như sau:

[ ]








<−=<==
theq
thepthendout
FP
γγ
γγγ
γ
11
Pr1Pr)(


th
th
s
sM
L
γ
γ1
11
)(
1








−=
−
(4.40)
Trong
ñó, )(
thend
Fγ
γ
là hàm phân phi xác sut tích lũy
(CDF) c
ưa
end
γ, )(
1
⋅
−
Lbiău th phép bi"n ñ-i Laplace ngc và
th
M
γ1
là hàm sinh mô men MGF cưa nghch ñ o SNR ñu cui.
V
i kênh Rayleigh fading, MGF cưa
eqγ1c tính như sau: [20]

∏
=








=
N
n nn
s
K
s
sM
eq
1
11
22)(
γγ
γ
(4.41)
4.3.3 Xác su
#t l@i bit trung bình
+
ðiu ch" BDPSK như sau:

γ
γ
+
==
N
N
MEP
eq
b
2
1
)1(
2
1
)(
(4.45)
+ V
i 4-QAM

( ) )(2
)(γγγ+++
=
NN
N
EP
b
(4.46)
4.4 K
T LU N CHƯƠNG
ð ñánh giá hiu năng cưa mng hai ch(ng hp tác, chương
này
ñã ñưa ra biău th c dng closed-form cưa xác sut l0i bít và xác
su
t rt phc v cho vic mô ph)ng trong chương ti"p theo. Ngoài
ra, v
i mô hình h thng ña ch(ng tuy"n tính, s& dng các nút
chuy
ăn ti"p c ñnh, chương này ñã s& dng phương pháp d!a trên
hàm sinh mô men (MGF)
Ưă ñánh giá các thông s hiu năng mng. https://tailieuabc.com/

19. 17
CHƯƠNG 5
MÔ PHANG VÀ KT QUB
5.1 GI
3I THI4U CHƯƠNG
Trong ch
ương này s$ gii thiu vic mô ph)ng minh ha mt
cách tr
!c quan hiu năng cưa h thng hai ch(ng hp tác và h thông
ña ch(ng tuy"n tính, vi biău ñ ñánh giá BER, xác sut rt so vi
SNR.
5.2 CÁC L
ƯU ðC THU T TOÁN
5.2.1 L
ưu ñ8 thut toán ñánh giá BER h thng hai ch.ng
h
)p tác


















i <= length(SNR)
ðúng
γγ≠
SD


ðúng
Sai
Sai
0
0=γ


ðúng
Sai
V ñ thƯ BER
theo SNR
Kt thúc
i ++
B;t ñDu
Tính SNR :
SDRDSRγγγ ,,
KhƠi to các thông s
ban ñ u
N, SNR,
0
γ, α, a,b,
Tính BER 2
chng hp tác
Tính P div
Tính BER
trc tip
Tính P div
Hình 5.1 Thut toán mô ph)ng BER cho h thng hai ch(ng hp tác https://tailieuabc.com/

20. 18
5.2.2 Lưu ñ8 thut toán ñánh giá xác su#t rt h thng hai
ch
.ng h)p tác






















Hình 5.2 Thu
t toán mô ph)ng Pout cho h thng hai ch(ng hp tác


Tính SNR : γγγγ ,,,
SDRDSR

Sai ðúng
BƯt ðƠu
KhƠi to các thông s ban ñ u
N, SNR,
0γ, α,
d
SR,, dRD, dSD

i< =length(
0γ)
ðúng
V ñ th P out
theo SNR
j ++
Sai
i ++
Kt thúc
j< =length(
SDγ)
Tính Pout https://tailieuabc.com/

21. 19
5.2.3 Lưu ñ8 mô ph0ng ñánh giá BER h thng ña ch.ng
Mô hình mô ph
)ng BER h thng ña ch(ng (mô hình tuy"n
tính)
ñưc s& dng Ĩ hình (4.4). Nút chuyăn ti"p ñưc s& dng là nút
AF. Gi
ñnh các terminal là c ñnh, kho ng cách t1 ngun ñ"n ñích
là d. H
thng ña ch(ng s& dng )1(
−N nút chuyăn ti"p chia h
th
ng thành N ch(ng có kho ng cách b+ng nhau )/(Nd.





















Hình 5.3 S
ơ ñ mô ph)ng ñánh giá BER cho h thng N ch(ng
Kênh trc tip
h(S,D)
Tín hiu phát
Nút chuyn tip 1
Rayleigh fading,
AWGN
Tín hiu thu sau
N hops
Tính SNR, BER
trc tip
Tính SNR, BER
N hops
So sánh
Kênh chuyn tip
h(S,R)
Kênh truy nhp
h(R,D)
(N-1) nút
Rayleigh fading,
AWGN
Nút chuyn tip
(N-1)
Rayleigh fading,
AWGN
Tín hiu thu trc tip
(direct link) https://tailieuabc.com/

22. 20
5.3 CÁC KT QUB MÔ PHANG
5.3.1
ðánh giá BER h thng hai ch.ng h)p tác
K
"t qu mô ph)ng Ĩ hình 5.4 cho thy t/ l l0i bit vi các giá
tr
khác nhau cưa
0
γ. K"t qu cho thy BER cưa h thng hai ch(ng
v
i nút chuyăn ti"p hp tác tt hơn so vi ñư%ng truyn tr!c ti"p.
Khi m
c ngư3ng
0
γ tăng t/ l l0i bít s$ ñưc c i thin hơn. SĨ dĩ có
ñưc ñiu này là do h thng ñt ñưc li ích t1 cơ ch" phân tp hp
tác. Ngoài ta, ta c
ũng thy r+ng Ĩ SNR cao hiu năng l0i cưa cơ ch"
chuy
ăn ti"p hp tác là có xu hưng song song vi ñư%ng truyn tr!c
ti
"p.
0 5 10 15 20 25 30
10
-7
10
-6
10
-5
10
-4
10
-3
10
-2
10
-1
10
0
Es/No(dB)
BER
BER for dual hop with Cooperative Relay


Direct Transmission
Dual-hop g
0
=2.71
Dual-hop g
0
=4.77
Dual-hop g
0
=6.92
Dual-hop g
0
=9.09

Hình 5.4 BER cho h
thng hai ch(ng hp tác vi chuyăn ti"p AF
5.3.2
ðánh giá xác su#t rt h thng hai ch.ng h)p tác
Hình (5.7) bi
ău di2n xác sut rt (outage) ñã ñưc ñnh nghĩa
trong ph
n (4.2.3). K"t qu mô ph)ng cho thy r+ng khi
0
γ tăng, xác
su
t rt s$ tăng. Nguyên nhân là khi
0
γ tăng thì xác sut mà t-ng
SNR c
ưa tín hiu k"t hp nh) hơn ngư3ng
0
γ cũng s$ tăng, d*n ñ"n
xác su
t rt cũng tăng. Ngoài ra, ta thy ñưc h thng vi nút
chuy
ăn ti"p AF vn hành tt hơn h thng vi nút chuyăn ti"p DF. https://tailieuabc.com/

23. 21
0 5 10 15 20 25 30
10
-6
10
-5
10
-4
10
-3
10
-2
10
-1
10
0
Es/No(dB)
Pout
Pout Dual-hop Cooperative with AF and DF Relay


AF Relay
DF Relay

Hình 5.7 Xác su
t rt h thng hai ch(ng hưp tác vi nút AF và DF
5.3.3
ðánh giá BER h thng ña ch.ng
a.
ðiu ch BPSK
0 5 10 15 20 25 30 35
10
-4
10
-3
10
-2
10
-1
10
0
BER Performance of Two-Hop System over Rayleigh Fading Channel
Bit Error Rate
Average SNR per hop


BER 2-Hops
BER Direct Transmission

Hình 5.8 BER cho h
thng hai ch(ng trên kênh Rayleigh fading

0γ = 2.71
0γ = 6.92 https://tailieuabc.com/

24. 22
0 5 10 15 20 25 30 35
10
-4
10
-3
10
-2
10
-1
10
0
SNR per Hop
Bit Error Rate
BER for BPSK - Multihop over Rayleigh channel


2 Hops
3 Hops
4 Hops
5 Hops
6 Hops
Direct Link

Hình 5.9 BER cho h
thng ña ch(ng trên kênh Rayleigh fading
b.
ðiu ch QPSK
0 5 10 15 20 25 30 35 40
10
-4
10
-3
10
-2
10
-1
10
0
SNR per Hop
Bit Error Rate
BER - QPSK for multihop over Rayleigh channel


2 Hops
3 Hops
4 Hops
5 Hops
6 Hops
Direct Link

Hình 5.10 BER cho h thng ña ch(ng trên kênh Rayleigh fading https://tailieuabc.com/

25. 23
ð Nhn xét và ñánh giá k$t qu1
- V
i h thng hai ch(ng, hình 5.8 cho ta thy t/ l l0i bit
(BER) c
ưa h thng có s! h0 tr cưa 1 nút chuyăn ti"p (hai ch(ng)
t
t hơn so vi ñư%ng truyn tr!c ti"p.
- M
Ĩ rng mô ph)ng vi vic b- sung thêm nhiu ch(ng vào
h
thng, theo k"t qu mô ph)ng trong hình (5.9) và (5.10) ta thy
r
+ng, vi h thng 6 ch(ng vi 5 nút chuyăn ti"p cho BER tt hơn
ñư%ng truyn tr!c ti"p. Ngoài ra, t/ l BER sau m0i ch(ng thêm vào
là t
ăng so vi ch(ng trưc ñó nhưng t/ l tăng không ging nhau, hay
nói cách khác BER t
ăng sau khi tăng thêm vào m0i ch(ng là có hiu
ng gi m dn.
5.4 K
T LU N CHƯƠNG
K
"t qu mô ph)ng vi cho thy ñưc nh hƠĨng cưa vic tăng
s
ch(ng lên t/ l l0i bit cưa h thng. Vi h thng hai ch(ng hp
tác, xác su
t l0i bít ñưc c i thin hơn so vi truyn d*n tr!c ti"p,
nh
% cơ ch" phân tp hp tác gia ñích và nút chuyăn ti"p. Vi h
th
ng ña ch(ng không hp tác, BER cưa h thng ña ch(ng vi nút
chuy
ăn ti"p là tt hơn so vi ñư%ng truyn tr!c ti"p. Tuy nhiên, hiu
n
ăng l0i sau m0i ch(ng thêm vào là tăng lên do nh hƠĨng cưa
fading và nhi
2u. Vi mô hình này. BER không tăng ñu mà có hiu
ng gi m dn sau m0i ch(ng thêm vào.

K
T LU N VÀ KIN NGH?
1. Tóm t
;t k$t qu1 nghiên c(u
Trong thông tin vô tuy
"n băng rng, k thut truyn thông ña
ch
(ng vi nút chuyăn ti"p là mt công ngh mi ñem li nhiu ưu
ñiăm và li ích cho ngành vi2n thông trong tương lai, c thă là áp
d
ng trong h thng thông tin di ñng 4G LTE. Ti các khu v!c rìa
cell, n
ơi mà tín hiu thu ñưc có SNR rt thp, do ñó h thng mng https://tailieuabc.com/

26. 24
4G LTE không ñáp ng nhu cu truyn t i d liu tc ñ cao, vic s&
d
ng k thut chuyăn ti"p có thă ñáp ng ñưc yêu cu v tc ñ
truy
n t i d liu cho thuê bao ti khu v!c rìa cell, mĨ rng vùng phư
sóng c
ưa h thng mng 4G LTE.
Lu
n văn ñã phân tích khái quát nhng ưu nhưc ñiăm cưa h
th
ng ña ch(ng so vi ñơn ch(ng. Ngoài ra, ta cũng thy r+ng vic s&
d
ng các k thut ñiu ch" ph c tp ho(c tăng công sut máy phát Ưă
t
ăng vùng phư sóng không ph i là mt l!a chn tt vì liên quan ñ"n
y
"u t giá thành và làm cho h thng ph c tp hơn. Thay vào ñó là
s
& dng k thut ña ch(ng d!a trên nút chuyăn ti"p Ưă gi m kho ng
cách gi
a trm thu và trm phát và tăng hiu năng h thng.
ð ñánh giá hiu năng cưa mng, lun văn ñã phân tích mô
hình h
thng cưa mng hai ch(ng hp tác và h thng ña ch(ng vi
nút chuy
ăn ti"p c ñnh. Qua ñó ñánh giá ñưc SNR h thng, t/ l
l
0i bit, xác sut rt cưa h thng. K"t qu th!c nghim ñã cho thy
r
+ng h thng ña ch(ng vi s! h0 tr cưa nút chuyăn ti"p là cn thi"t
Ưă mĨ rng vùng sóng, tăng cư%ng cht lưng tín hiu Ĩ vùng rìa cưa
cell. Tuy nhiên, lu
n văn cũng cho thy r+ng không ph i lúc nào vic
m
Ĩ rng thêm nhiu ch(ng cũng phù hp. Do ñó cn ph i cân b+ng
gi
a vic mĨ rng vùng phư sóng vi hiu năng l0i cưa h thng.
Ngoài ra, h
thng ña ch(ng vi s! hp tác cưa nút chuyăn ti"p là rt
c
n thi"t, giúp c i thin hiu năng l0i cưa h thng.
2. Hưng nghiên c(u ti$p theo
Do h
n ch" v th%i gian, nên lun văn ch/ mi phân tích ñánh
giá hi
u năng cưa h thng hai ch(ng vi s! h0 tr cưa mt nút
chuy
ăn ti"p và mng ña ch(ng vi mô hình tuy"n tính. ð ñánh giá
ñưc ưu ñiăm cưa mng ña ch(ng, cn nghiên c u h thng hai
ch
(ng vi s! h0 tr cưa nhiu nút chuyăn ti"p, l!a chn nút chuyăn
ti
"p tt nht. Vi h thng ña ch(ng cn phân tích vi mô hình vi s!
h
p tác cưa nhiu nhánh, nhiu nút chuyăn ti"p. https://tailieuabc.com/