- Trang Chủ
- Kĩ thuật Viễn thông
- Phân tích hiệu năng của hệ thống truyền thông chuyển tiếp đường lên với thu thập năng lượng và kết hợp lựa chọn tại nút đích
Xem mẫu
- HộiHội Thảo
Thảo QuốcGia
Quốc Gia2015
2015 về
về Điện
Điện Tử, Truyền Thông
Tử, Truyền ThôngvàvàCông
CôngNghệ
NghệThông Tin Tin
Thông (ECIT 2015)
(ECIT 2015)
Phân Tích Hiệu Năng của Hệ Thống Truyền Thông Chuyển
Tiếp Đường Lên với Thu Thập Năng Lượng và Kết Hợp Lựa
Chọn tại Nút Đích
Trần Mạnh Hoàng∗ , Nguyễn Thị Thái Hòa † , Trần Trung Duy ‡ , Võ Nguyễn Quốc Bảo ‡
∗
Học Viện Kỹ Thuật Quân Sự (email: hoangsqtt@gmail.com)
†
Đại Học Thông Tin Liên Lạc, Khánh Hòa (email: thaihoa.nhatrang@gmail.com)
‡ Phòng Thí Nghiệm Thông Tin Vô Tuyến (WCOMM)
Học Viện Công Nghệ Bưu Chính Viễn Thông Cơ Sở tại TP. Hồ Chí Minh (e-mail: {trantrungduy,baovnq}@ptithcm.edu.vn)
Tóm tắt nội dung—Trong bài báo này, chúng tôi đề xuất mô (Multi Input Multi Output) chuyển tiếp, và nghiên cứu sự cân
hình truyền thông hai chặng đường lên với phương thức giải mã bằng tối ưu, giữa biến đổi năng lượng và tốc độ thông tin tiền
và chuyển tiếp (Decode and Forward-DF), ở đó nút chuyển tiếp mã hóa. Với bài toán tối ưu phân chia công suất (cho xử lý
hoạt động dựa trên cơ sở thu thập năng lượng bức xạ từ tần
thông tin và mức năng lượng thu thập) thì hệ thống đạt hiệu
vô tuyến (RF) để cấp nguồn sử dụng cấu trúc chuyển mạch thời
gian (TS). Nút đích được cấu hình nhiều anten và sử dụng kỹ suất năng lượng tối đa cho cả nút nguồn và nút chuyển tiếp.
thuật kết hợp lựa chọn (Selection Combining - SC) để nâng cao Nhưng ở đây, các tác giả chưa đánh giá các thông số hiệu
hiệu năng của hệ thống. Chúng tôi phân tích xác suất dừng hệ suất của hệ thống, theo phương diện truyền dẫn như là xác
thống trên kênh truyền pha-đinh Rayleigh và sử dụng phương suất lỗi và dung lượng kênh. Trong bài báo [9], các tác giả
pháp mô phỏng Monte Carlo trên phần mềm Matlab được thực đã khảo sát hệ thống đa người dùng và nhiều chặng, với việc
hiện để kiểm chứng kết quả phân tích lý thuyết. biến đổi năng lượng và thông tin đồng thời. Bài báo [9] đã
Từ khoá - Truyền thông chuyển tiếp, thu thập năng lượng, giả sử rằng, nút chuyển tiếp có thể thực hiện đồng thời, xử lý
nguồn một chiều. thông tin và trích một phần tín hiệu thu được để chuyển đổi
thành năng lượng cung cấp nguồn cho hệ thống hoạt động.
I. GIỚI THIỆU
Nghiên cứu mô hình chuyển tiếp đơn giản hai chặng đã được
Hiện nay, thông tin vô tuyến di động ngày càng được sử đề xuất trong [10] sử dụng phương thức giải mã và chuyển
dụng rộng rãi và trở thành nhu cầu thiết yếu của con người. tiếp (Decode and Forward-DF), kết hợp thu thập năng lượng
Các thiết bị này nhỏ gọn và được trang bị nhiều cảm biến cho từ sự can nhiễu từ môi trường xung quanh. Như vậy, tín hiệu
phép hỗ trợ con người trong nhiều hoạt động hàng ngày. Một can nhiễu vào hệ thống trong khoảng thời gian thu thập sẽ
trong những khó khăn cho các thiết bị thông tin di dộng là trở nên có ích, nhưng khoảng thời gian tiếp theo dành cho xử
nguồn năng lượng sử dụng. Công nghệ pin hiện tại chỉ có thể lý thông tin thì bài báo chưa xem xét đến sự can nhiễu đó.
giúp thiết bị hoạt động trong một khoản thời gian giới hạn Bài báo [11], [12] lần lượt nghiên cứu giao thức lựa chọn nút
[1]. chuyển tiếp trong mạng thu thập năng lượng và giải bài toán
Để giải quyết bài toán trên, các nhà khoa học trong những xác định vị trí tối ưu của nút chuyển tiếp trong mạng hai chặng
năm gần đây quan tâm đến kỹ thuật thu thập năng lượng từ nhằm mục đích cực đại hiệu suất hệ thống. Cụ thể trong [11],
sóng vô tuyến [2], [3]. Ý tưởng chính của kỹ thuật này là sử các tác giả đã phân tích hệ thống lựa chọn nút chuyển tiếp, để
dụng năng lượng của tín hiệu ở băng tần vô tuyến, thu được ở cân bằng hiệu suất năng lượng tại máy thu với đại lượng cân
máy thu, chuyển đổi thành nguồn điện một chiều (DC), cung bằng là lượng tin và năng lượng thu thập được. Bài báo này
cấp năng lượng cho thiết bị thu/phát [4]. Công nghệ này cho đã giải quyết được bài toán tối ưu hiệu suất hệ thống; đặc biệt,
phép hệ thống có thể duy trì hoạt động bình thường hoặc kéo các tác giả đã đưa ra những biểu thức toán học tường minh để
dài thời gian sống của mạng vì không phụ thuộc vào việc cấp đánh giá hiệu năng hệ thống. Kế thừa và phát triển ý tưởng
nguồn như hiện nay, đặc biệt lý tưởng cho các mạng vô tuyến của hệ thống truyền thông điểm-điểm, trong bài báo [13], các
hoạt động trong những môi trường khắc nghiệt mà việc thay tác giả đã xem xét phương thức khuếch đại và chuyển tiếp
thế hoặc nạp lại pin gặp nhiều khó khăn [5]. Tuy nhiên, do (Amplify and Forward-AF), ở đó, nút chuyển tiếp có nguồn
hiệu suất chuyển dổi cũng như do hiệu ứng suy hao đường năng lượng hữu hạn, và thực hiện thu thập năng lượng từ tín
truyền, năng lượng thu thập được là không lớn dẫn đến vùng hiệu vô tuyến, dùng năng lượng tái tạo này để cấp nguồn cho
phủ sóng của các máy phát thu thập năng lượng là không lớn hoạt động chuyển tiếp thông tin đến đích. Trên cơ sở hai cấu
[5]. trúc máy thu chuyển mạch theo thời gian và phân chia công
Khi đó, việc sử dụng kỹ thuật truyền thông hợp tác [6] hoặc suất, hai giao thức chuyển tiếp được đề xuất trong bài báo này
kỹ thuật chuyển tiếp [7] cho mạng thu thập năng lượng là cần có tên là: giao thức chuyển tiếp dựa vào chuyển mạch thời gian
thiết với một số nghiên cứu tiêu biểu như [8]–[13]. Cụ thể, (Time Switching Relay) và giao thức chuyển tiếp dựa trên cơ
trong bài báo [8], các tác giả đã xem xét hệ thống MIMO sở phân chia công suất (Power Splitting Relay). Gần đây, các
488
ISBN: 978-604-67-0635-9 488
- HộiHội Thảo
Thảo QuốcGia
Quốc Gia2015
2015về
vềĐiện
Điện Tử,
Tử,Truyền
Truyền Thông
Thông và
vàCông
CôngNghệ
NghệThông TinTin
Thông (ECIT 2015)
(ECIT 2015)
tác giả trong bài báo [14] đã đề xuất giao thức lựa chọn nút Nút đích được cấu hình với M anten và sử dụng kỹ thuật kết
chuyển tiếp thu thập năng lượng dựa trên tiêu chí năng lượng hợp phân tập lựa chọn trước khi giải điều chế tín hiệu.
mà nút chuyển tiếp thu thập được. Các kết quả phân tích chỉ Trong hệ thống này, giả sử rằng tác động của fading không
ra rằng giao thức lựa chọn nút chuyển tiếp đã cải thiện đáng thay đổi trong một khung dữ liệu, nhưng sẽ thay đổi một cách
kể hiệu năng của hệ thống. độc lập trong những khung dữ liệu tiếp theo. Thông tin trạng
Trong bài báo này, chúng tôi đề xuất mô hình truyền thông thái kênh của từng chặng giả sử được biết tại các nút chuyển
hai chặng cho đường truyền lên sử dụng kỹ thuật thu thập năng tiếp và nút đích.
lượng vô tuyến với kỹ thuật lựa chọn anten phát ở nút đích. Cụ Gọi h và gm với m = 1, 2, . . . , M lần lượt là hệ số kênh
thể trong bài báo này, chúng tôi thực hiện phân tích hệ thống truyền từ nút nguồn đến nút chuyển tiếp và từ nút chuyển tiếp
truyền thông chuyển tiếp, trong đó nút trung gian có nguồn đến anten thứ m tại nút đích. Xem xét ở kênh truyền fading
2 2
năng lượng hữu hạn, và phải thực hiện thu thập năng lượng Rayleigh, độ lợi kênh truyền tương ứng, |h| và |gm | , là các
từ tín hiệu vô tuyến để sử dụng cho hoạt động chuyển tiếp dữ biến ngẫn nhiên có phân[ bố]hàm mũ với[ tham ] số đặc trưng là
liệu. Hơn nữa, nút đích được trang bị nhiều anten và sử dụng λh và λg , với λh = E |h|2 , λg = E |gm |2 và E [.] là toán
kỹ thuật kết hợp chọn lựa để nâng cao hiệu quả giải mã dữ tử kỳ vọng.
liệu [15], [16]. Bài báo đã đề xuất phương pháp mới cho phép Nút chuyển tiếp thực hiện theo phương thức giải mã và
xấp xỉ xác suất dừng của hệ thống trên kênh truyền fading chuyển tiếp, tức là bản tin mà nút chuyển tiếp thu được từ nút
Rayleigh. Hơn nữa, chúng tôi còn thực hiện các mô phỏng hệ nguồn ở pha thứ nhất, sẽ được giải mã, mã hóa lại và phát
thống trên máy tính bằng phần mềm Matlab để kiểm chứng đến nút đích bằng nguồn năng lượng thu được. Giả sử rằng
các biểu thức toán học. Các kết quả phân tích và mô phỏng năng lượng tiêu tốn cho quá trình giải mã và mã hóa lại tín
cho thấy mô hình đề xuất với kỹ thuật lựa chọn anten thu ở hiệu tại nút chuyển tiếp là không đáng kể so với năng lượng
phía nút đích cho phép cải thiện đáng kể hiệu năng của hệ để chuyển tiếp tín hiệu.
thống ở kênh truyền fading Rayleigh. Hình 2 minh họa cấu trúc thu thập năng lượng thực hiện
Phần còn lại của bài báo được trình bày như sau. Phần II theo phương thức chuyển mạch thời gian khung dữ liệu (Time
trình bày mô hình của hệ thống. Phần III là phần đánh giá hiệu Switching-TS) với thời gian αT được sử dụng cho thu thập
năng của hệ thống dưới dạng xác suất dừng. Đây cũng là phần năng lượng và thời gian còn lại (1 − α)T được dùng cho xử lý
đề xuất phương pháp xấp xỉ mới cải thiện độ chính xác của thông tin. Khi hệ thống là đơn công, (1 − α)T /2 đơn vị thời
xác suất dừng hệ thống ở vùng tỷ lệ nhiễu thấp. Phần IV là gian dùng cho truyền dữ liệu từ S đến R và (1 − α)T /2 đơn vị
phần sử dụng mô phỏng Monte Carlo bằng phần mềm Matlab thời gian còn lại dùng cho truyền dữ liệu từ R đến D. Sơ đồ
để kiểm chứng kết quả phân tích ở Phần III và Phần V là phần khối máy thu năng lượng và thông tin được minh họa trong
kết luận của bài báo. Hình 3. Tín hiệu ở tần số vô tuyến (Radio Frequency-RF) tại
ngõ vào máy thu, được phân chia thành hai phần, bởi cấu trúc
II. MÔ HÌNH HỆ THỐNG chuyển mạch thời gian như đã giới thiệu ở trên, một phần đưa
về mạch thu thập năng lượng và một phần dành cho xử lý
thông tin1 .
Thu th năng lưng
Nhn d liu t nút
ngun
Chuyn ti d liu đn
nút đích
Hình 1. Mô hình hệ thống truyền thông hai chặng thu thập năng lượng.
Xem xét hệ thống truyền thông vô tuyến như được biểu diễn
ở Hình 1, trong đó nút nguồn S truyền dữ liệu tới nút đích D Hình 2. Cấu trúc chuyển mạch thời gian khung dữ liệu.
thông qua sự trợ giúp của nút chuyển tiếp R. Giả sử rằng, hệ
thống không có đường truyền trực tiếp từ nút nguồn đến nút Máy thu năng lượng thực hiện chỉnh lưu tín hiệu RF, thông
đích do vùng phủ sóng của nút nguồn bị giới hạn hoặc do tồn qua các cấu trúc chỉnh lưu như được trình bày trong [3], và
tại vật cản giữa nguồn và nút đích. Giả sử nút chuyển tiếp hoạt đưa trực tiếp đến mạch nạp nguồn của bộ pin. Tín hiệu thu
động hoàn toàn dựa vào năng lượng thu thập nghĩa là không được tại nút chuyển tiếp là yr (t) được mô hình bằng biểu thức
có thiết bị cung cấp nguồn cố định (ví dụ như sử dụng các toán học như sau:
bộ pin mà định kỳ phải thay thế hoặc nạp lại) và thực hiện √
thu thập năng lượng từ tần số vô tuyến và chuyển đổi thành yr (t) = Ps hs(t) + νR , (1)
dòng một chiều để cấp nguồn. Nút nguồn và nút chuyển tiếp
được trang bị một anten hoạt động ở chế độ bán song công. 1 Chi tiết của cấu trúc này đã được trình bày kỹ trong
489
489
- 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)
III. PHÂN TÍCH XÁC SUẤT DỪNG
Xác suất dừng hệ thống là một thông số hiệu năng quan
trọng được định nghĩa là xác suất mà tỉ số tín hiệu trên nhiễu
đầu cuối của hệ thống thấp hơn ngưỡng cho trước, γth . Biểu
diễn theo biểu thức toán học, ta có
OP = Pr(γe2e < γth ), (8)
2R
trong đó γth = 2 1−α − 1 với R là tốc độ truyền mong muốn
của hệ thống. Thay thế (7) vào (8), ta có
OP = 1 − Pr [min (γ1 , γ2 ) ≥ γth ]
[ ]
γth γth (1 − α)
Hình 3. Sơ đồ khối máy thu thông tin và năng lượng. = 1 − Pr |h|2 > g |2 >
, |˜ . (9)
Ps /N0 2αηPs /N0 |h|2
Đặt X = |h|2 và Y = |˜
g |2 và sử dụng [19, (6-37)], ta viết lại
trong đó Ps là công suất phát trung bình của nút nguồn, s(t)
(9) như sau:
là tín hiệu mã hóa tại nguồn và νR là nhiễu nội tại máy thu ∫ ∞ ∫ ∞
chuyển tiếp. Giả sử rằng nhiễu tại tất cả các máy thu, như nút OP = 1 − fX (x)fY (y)dxdy, (10)
chuyển tiếp R và nút đích D, là nhiễu trắng cộng tính chuẩn γth
Ps /N0
ϕ
x
(AWGN) với trung bình bằng không và phương sai bằng N0 .
Từ (1), ta có xác định được mức năng lượng thu thập, Eh , trong đó ϕ = γth (1 − α) / (2αηPs /N0 ). Trong (10), fX (x)
tại nút chuyển tiếp trong khoảng thời gian αT là và fY (y) lần lượt làm hàm mật độ phân bố xác suất của X
và Y , được cho sau đây [20, (2)]:
Eh = ηPs |h|2 αT, (2) ( )
1 x
với η ∈ (0, 1) là hiệu suất của mạch điện tái tạo năng lượng fX (x) = exp − , (11)
λh λh
với giả thiết rằng năng lượng dùng cho mạch điện tái tạo là
không đáng kể. Với năng lượng nhận được như trong (2), công M
∑ ( ) ( )
M m my
suất phát mà nút chuyển tiếp sử dụng trong khoảng thời gian fY (y) = (−1) m−1
exp − . (12)
(1 − α)T /2 để truyền dữ liệu đến nút đích là m=1
m λg λg
Pr = 2αηPs |h|2 /(1 − α). (3) Thay thế các biểu thức (11) và (12) vào (10) và triển khai tích
phân hai lớp, ta có thể viết lại (10) thành (13) ở đầu trang phía
Xem xét anten thứ m của nút đích, ta có tín hiệu nhận được
sau. Chú ý rằng tích phân Ω trong (13) không tồn tại dạng
viết ở dạng như sau:
√ đóng2 . Sử dụng phương pháp tương tự như ở [13], ta quan sát
yD,m = Pr gm sˆ(t) + νm thấy rằng tại vùng tỷ lệ trên nhiễu lớn thì Psγ/Nth
→ 0, nên ta
√ 0
có thể xấp xỉ Ω bằng cách thay đổi cận dưới của tích phân từ
2αηPs |h|2 γth
= gm s(t) + νm , (4) Ps /N0 về 0 như sau:
(1 − α)
M ( )
trong đó νm là nhiễu trắng tại anten thứ m của D và sˆ là 1 ∑ m−1 M
OP ≈1 − (−1)
phiên bản giải điều chế của s tại R. λh m=1 m
Từ biểu thức (1), ta xây dựng được biểu thức tỷ số công ∫ ∞ ( ) ( )
x mϕ
suất tín hiệu trên nhiễu của chặng từ S đến R như sau: × exp − exp − dx . (14)
0 λh λg x
Ps |h|2 � �� �
γ1 = . (5) Ω
N0
Sử dụng biến đổi [21, (3.324.1)], ta có
Sử dụng với kỹ thuật kết hợp chọn lựa tại nút đích, tỷ số tín
M ( )
hiệu trên nhiễu ở chặng thứ hai được đưa ra bởi: 1 ∑ m−1 M
OP ≈1 − (−1)
2αηPs |h|2 |˜
g |2 γ¯1 m=1 m
γ2 = , (6) √ ( √ )
(1 − α) N0 λh mϕ
2 × 2 mϕ K1 2 , (15)
với |˜
g| = max |gm |2 . λg λh λg
m=1,2,...,M
Trong hệ thống chuyển tiếp DF, chặng yếu hơn sẽ quyết với Kn (.) là hàm Bessel điều chỉnh loại hai [21, (8.407.1)].
định hiệu năng của hệ thống, do đó ta có thể viết tỷ số tín Xấp xỉ cho OP (15) sẽ hợp lý khi hệ thống hoạt động ở
hiệu trên nhiễu tương đương của hệ thống như sau [7], [17], vùng tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu cao, cụ thể là Ps /N0 ≫ γth .
[18]:
2 Closed-form expression hay một số tài liệu còn gọi là dạng tường minh,
γe2e = min (γ1 , γ2 ) . (7) nghĩa là biểu diễn dưới dạng những hàm cơ bản.
490
490
- HộiHội Thảo
Thảo QuốcGia
Quốc Gia2015
2015về
vềĐiện
Điện Tử,
Tử,Truyền
Truyền Thông
Thông và
vàCông
CôngNghệ
NghệThông TinTin
Thông (ECIT 2015)
(ECIT 2015)
M ( ) ∫ ∞ ∫ ∞ ( ) ( )
1 ∑ m−1 M m x my
OP = 1 − (−1) exp − exp − dxdy
λh m=1 m λg P γ/N th ϕ
x
λh λg
s 0
M ( )∫ ∞ ( ) ( )
1 ∑ m−1 M x mϕ
=1− (−1) exp − exp − dx . (13)
λh m=1 m γth
Ps /N0
λh λg x
� �� �
Ω
Khi mà thực tế hiện nay, hệ thống thu thập năng lượng hầu
hết hiệu suất còn chưa cao dẫn đến công suất thu thập được 10 0
rất thấp gây ra những sai lệch lớn cho OP ở vùng tỷ lệ tín
hiệu trên nhiễu thấp [22]. Trong bài báo này, tôi đề xuất một
phương pháp tính mới dựa trên khai triển hàm mũ theo chuỗi
vô hạn cụ thể như sau [21, (1.211.1)]
( ) ∑ 10 -1
∞ t( )t
mϕ (−1) mϕ
exp − = . (16)
λg x t=0
t! λg x
Thay thế (16) vào Ω, ta viết lại Ω như sau:
Nt = 1
∑ ∞ t( )t ∫ ∞ ( ) ( )t 10 -2
(−1) mϕ x 1 Nt = 5
Ω= exp − dx.
t=0
t! λg γ th
Ps /N0
λh x Nt = 10
(17) Nt = 15
Nt = 20
Sử dụng [21, (3.351.4)], ta có được biểu thức của Ω theo chuỗi 10 -3
0 5 10 15 20 25 30 35 40
vô hạn như công thức (18) được trình bày ở đầu trang sau với
Ei(., .) là hàm tích phân mũ [21, (3.351.2)].
Cuối cùng, thay Ω ở vừa tính được ở (18) vào (13), ta được Hình 4. Khảo sát ảnh hưởng của số lượng thành phần trong chuỗi lên xác
biểu thức xác suất dừng hệ thống như ở (19). Tuy nhiên, biểu suất dừng hệ thống, α = 0.3, η = 0.75, R = 1, λh = λg = 1, và M = 3.
thức (19) trong thực tế không thể dùng để tính toán trên các
phần mềm vì chứa chuỗi vô hạn. Trong tính toán thực tế, chúng
ta phải xấp xỉ biểu thức (19) như (20) bằng cách chỉ sử dụng 10 0
Nt thành phần đầu tiên của chuỗi. Số lượng Nt thành phần
hợp lý sẽ được khảo sát ở phần sau.
IV. KẾT QUẢ MÔ PHỎNG
Trong phần này, chúng tôi sẽ thực hiện mô phỏng Monte 10 -1
Carlo nhằm hai mục đích: i) kiểm chứng tính chính xác của
phương pháp đề xuất và kết quả phân tích ở các phần trên ii)
so sánh mô hình để xuất so với mô hình truyền thống để từ
đó chứng minh ưu điểm của mô hình đề xuất và iii) khảo sát M = 1, 3, 5
ảnh hưởng của số lượng anten ở phía máy thu lên hiệu năng 10 -2
hệ thống.
Trong Hình 4, chúng tôi khảo sát ảnh hưởng số lượng thành
phần đầu tiên trong chuỗi đến độ chính xác của kết quả xấp
Phân tích
xỉ và đồng thời so sánh kỹ thuật xấp xỉ đề xuất với kỹ thuật
xấp xỉ truyền thống. Số lượng thành phần khảo sát lần lượt là 10 -3
0 5 10 15 20 25 30 35 40
1, 5, 10, 15 và 20. Quan sát trên Hình 4, ta thấy rằng trường
hợp Nt = 1 và Nt = 5 thì xác suất xấp xỉ đạt được không
tốt bằng kỹ thuật truyền thống. Tuy nhiên, khi số lượng thành Hình 5. Ảnh hưởng của số lượng anten ở nút đích lên xác suất dừng hệ
phần từ 10 trở lên, thì kết quả xác suất xấp xỉ gần như trùng thống, α = 0.3, η = 0.75, R = 1, λh = λg = 1, và Nt = 20.
với kết quả mô phỏng ở toàn miền tỷ số tín hiệu trên nhiễu
khảo sát và đồng thời tốt hơn kỹ thuật truyền thống.
Trong Hình 5, chúng tôi khảo sát ảnh hưởng của số lượng anten từ 1 lên 3 và 5. Quan sát trên hình, chúng ta dễ dàng
anten lên xác suất dừng hệ thống bằng cách tăng số lượng nhận thấy rằng, khi tăng từ 1 lên 3 anten ở nút đích, xác suất
491
491
- Hội Hội
ThảoThảo Quốc Gia 2015 về Điện Tử, Truyền Thông và Công Nghệ Thông Tin (ECIT 2015)
Quốc Gia 2015 về Điện Tử, Truyền Thông và Công Nghệ Thông Tin (ECIT 2015)
t( )t ( )t−1 ( ) ( )ℓ
γth N0
∞
∑ t − t−2
∑
(−1) mϕ (−1) 1 γth N0 e Ps λh
1 γth N0
Ω= Ei − +( )k−1 −
t=0
t! λg (t − 1)! λh Ps λh γth N0 (t − 1)(t − 2) . . . (t − 1 − ℓ) Ps λh
ℓ=0
Ps λh
(18)
M ( )∑ ∞ t[ ]t
1 ∑ m−1 M (−1) mγth (1 − α)
OP =1 − (−1)
γ¯h m=1 m t=0 t! 2αηλg Ps /N0
t ( )t−1 ( ) ( )ℓ
γ N0
− Pth ∑t−2
(−1) 1 γth N0 e s h λ
1 γth N0
× Ei − +( )k−1 − (19)
(t − 1)! λh P s λh γth N0 (t − 1)(t − 2) . . . (t − 1 − ℓ) Ps λh
ℓ=0
Ps λh
M ( )∑ Nt t[ ]t
1 ∑ m−1 M (−1) mγth (1 − α)
OP ≈1 − (−1)
γ¯h m=1 m t=0 t! 2αηλg Ps /N0
t ( )t−1 ( ) ( )ℓ
γ N0
− Pth ∑t−2
(−1) 1 γth N0 e s λh
1 γth N0
× Ei − +( )k−1 − (20)
(t − 1)! λh P s λh γth N0 (t − 1)(t − 2) . . . (t − 1 − ℓ) Ps λh
ℓ=0
Ps λh
dừng của hệ thống được cải thiện đáng kể so với trường hợp
10 0
tăng từ 3 lên 5 anten. Bên cạnh đó, độ dốc của đồ thị cũng P s = {10 dB, 15 dB, 20 dB}
chỉ ra rằng, khi tăng số lượng anten ở nút đích chỉ cải thiện độ
lợi mã của hệ thống mà không cải thiện độ lợi phân tập. Bên
cạnh đó, kết quả mô phỏng trùng khít với kết quả phân tích
chứng minh rằng phương pháp xấp xỉ đề xuất là hoàn toàn
đúng đắn.
10 0
10 -1
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9
10 -1
α
M = 1, 3, 5 Hình 7. Ảnh hưởng của Ps lên giá trị α tối ưu, η = 0.75, R = 1,
λh = λg = 1, Nt = 20, và M = 2.
giữ nguyên tham số kênh truyền trong khi thay đổi số lượng
10 -2 anten thu ở nút đích. Chúng ta thấy rằng tồn tại một giá trị α
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9
α làm cho xác suất dừng hệ thống nhỏ nhất, và chúng ta gọi giá
trị này là giá trị α tối ưu. Chúng ta cũng thấy rằng số lượng
Hình 6. Ảnh hưởng của số lượng anten lên giá trị α tối ưu, η = 0.75,
anten sẽ làm thay đổi giá trị tối ưu của α. Khi số lượng anten
Ps = 20 dB, R = 1, λh = λg = 1, và Nt = 20. tăng lên thì giá trị α có xu hướng nhỏ lại. Cụ thể với trường
hợp N = 5, giá trị tối ưu của α là xấp xỉ 0.3. Hình 7 khảo
Trong Hình 6 và 7, chúng tôi khảo sát ảnh hưởng của giá sát ảnh hưởng của Ps lên giá trị tối ưu của α. Chúng ta khảo
trị α lên hiệu năng của hệ thống. Trong Hình 6, chúng tôi sát với 3 trường hợp: Ps = 10 dB, Ps = 15 dB, và Ps = 20
492
492
- HộiHội
ThảoThảo Quốc
Quốc Gia
Gia 2015vềvềĐiện
2015 ĐiệnTử,
Tử,Truyền
TruyềnThông
Thông và
và Công
CôngNghệ
NghệThông
ThôngTinTin
(ECIT 2015)
(ECIT 2015)
dB. Ngược với những gì quan sát được ở Hình 6, giá trị Ps [8] B. K. Chalise, Y. D. Zhang, and M. G. Amin, “Energy harvesting in an
tăng sẽ làm giá trị α tối ưu tăng. OSTBC based amplify-and-forward MIMO relay system,” in Proc. of
IEEE Int. Conf. Acoustics, Speech and Sig Proc. (ICASSP), Mar. 2012,
V. KẾT LUẬN pp. 3201–3204.
[9] A. M. Fouladgar and O. Simeone, “On the transfer of information and
Trong bài báo này, chúng tôi đã đề xuất được mô hình truyền energy in multi-user systems,” IEEE Commun. Lett., vol. 16, no. 11, pp.
1733–1736, Nov. 2012.
thông chuyển tiếp sử dụng kỹ thuật thu thập năng lượng tại [10] Y. Gu and S. Aissa, “Interference aided energy harvesting in decode-
nút chuyển tiếp áp dụng cho trường truyền lên. Bài báo đã and-forward relaying systems,” in Proc. IEEE Int. Conf. Commun. (ICC),
đề xuất kỹ thuật phân tích xác suất dừng. Các kết quả phân Jun. 2014, pp. 5378–5382.
[11] D. S. Michalopoulos, H. Suraweera, and R. Schober, “Relay selection
tích chứng minh rằng mô hình đề xuất là tốt hơn mô hình đơn for simultaneous information transmission and wireless energy transfer:
anten và số lượng anten tại đích cho phép cải thiện đáng kể A tradeoff perspective,” IEEE Journal Selected Areas Commun., Aug.
hiệu năng của hệ thống. 2015.
[12] D. Mishra and S. De, “Optimal relay placement in two-hop RF energy
ACKNOWLEDGMENT transfer,” IEEE Trans. Commun, May. 2015.
[13] A. A. Nasir, Z. Xiangyun, S. Durrani, and R. A. Kennedy, “Relaying
Nghiên cứu này được tài trợ bởi Quỹ Phát triển khoa học và protocols for wireless energy harvesting and information processing,”
công nghệ Quốc gia (NAFOSTED) trong đề tài mã số 102.04- IEEE Transactions on Wireless Communications, vol. 12, no. 7, pp.
3622–3636, 2013.
2014.32. [14] N. T. Do, V. N. Q. Bao, and B. An, “A relay selection protocol for
wireless energy harvesting relay networks,” in Proc. 2015 International
TÀI LIỆU Conference on Advanced Technologies for Communications (ATC), 2015.
[1] J. M. Dilhac and M. Bafleur, “Energy harvesting in aeronautics for [15] B. Barrow, “Diversity combination of fading signals with unequal mean
battery-free wireless sensor networks,” IEEE Aerospace and Electronic strengths,” IEEE Transactions on Communications Systems, vol. 11,
Systems Magazine, vol. 29, no. 8, pp. 18–22, 2014. no. 1, pp. 73–78, 1963, 0096-1965.
[2] L. R. Varshney, “Transporting information and energy simultaneously,” [16] V. N. Q. Bao, K. Hyung Yun, and H. Seong Wook, “Performance anal-
in Proc. of 2008 IEEE International Symposium on Information Theory ysis of M-PAM and M-QAM with selection combining in independent
(ISIT’08), 2008, pp. 1612–1616. but non-identically distributed rayleigh fading paths,” in Proc. IEEE 68th
[3] P. Grover and A. Sahai, “Shannon meets Tesla: Wireless information and 2008 Veh. Tech. Conf. (VTC 2008-Fall), pp. 1–5.
[17] V. N. Q. Bao and K. Hyung Yun, “Error probability performance for
power transfer,” in Proc. of the 2010 IEEE International Symposium on
multi-hop decode-and-forward relaying over Rayleigh fading channels,”
Information Theory Proceedings (ISIT), 2010, pp. 2363–2367.
in Proc. 11th 2009 International Conference on Advanced Communica-
[4] H. Yejun, C. Xudong, P. Wei, and G. L. Stuber, “A survey of energy
tion Technology (ICACT’09), vol. 03, pp. 1512–1516.
harvesting communications: models and offline optimal policies,” IEEE
[18] V. N. Q. Bao and T. Q. Duong, “Outage analysis of cognitive multihop
Communications Magazine, vol. 53, no. 6, pp. 79–85, 2015.
networks under interference constraints,” IEICE Trans. Commun., vol.
[5] M. Yuyi, L. Yaming, Z. Jun, and K. B. Letaief, “Energy harvesting small
E95-B, no. 03, pp. 1019–1022, 2012.
cell networks: feasibility, deployment, and operation,” IEEE Communi-
[19] A. Papoulis and S. U. Pillai, Probability, random variables, and stochas-
cations Magazine, vol. 53, no. 6, pp. 94–101, 2015.
tic processes, 4th ed. Boston: McGraw-Hill, 2002.
[6] J. N. Laneman, D. Tse, and G. Wornell, “Cooperative diversity in
[20] V. N. Q. Bao and H. Y. Kong, “Diversity order analysis of dual-hop
wireless networks: Efficient protocols and outage behavior,” IEEE Trans.
relaying with partial relay selection,” IEICE Trans Commun, vol. E92-
Inf. Theory, vol. 50, no. 12, pp. 3062–3080, Dec. 2004.
B, no. 12, pp. 3942–3946, 2009.
[7] M. O. Hasna and M.-S. Alouini, “End-to-end performance of transmis-
[21] D. Zwillinger, Table of integrals, series, and products. Elsevier, 2014.
sion system with relays over Rayleigh-fading channels,” IEEE Transac-
[22] C. Xiaoming, Z. Zhaoyang, C. Hsiao-Hwa, and Z. Huazi, “Enhancing
tions on Wireless Communications, vol. 2, no. 6, pp. 1126–1131, 2003.
wireless information and power transfer by exploiting multi-antenna
techniques,” IEEE Commun. Mag., vol. 53, no. 4, pp. 133–141, 2015.
493
493
nguon tai.lieu . vn
