Chương 1: Giới thiệu. Trong chƣơng này chúng tôi trình bày khái quát về mạng song công hợp tác khuếch đại và chuyển tiếp; tình hình nghiên cứu gần đây của các tác giả khác. Ngoài ra, chúng tôi còn trình bày mục tiêu cũng nhƣ giới hạn đề tài. - Chương 2: Lý thuyết tổng quan Trong chƣơng sẽ nêu nội dung về các kỹ thuật, giao thức và các phƣơng pháp có liên quan đến đề tài nhƣ Truyền thông cộng tác ,kỹ thuật khuếch đại chuyển tiếp, kỹ thuật giải mã chuyển tiến, truyền thông cộng tác tăng cƣờng ,… - Chương 3: Mô hình hệ thống tín hiệu và phân tích Nội dung trong chƣơng này là phần trình bày về mô phỏng các biểu thức phân tích lý thuyết và quá trình kiểm chứng qua mô phỏng.
- Chương 4: Kết quả mô phỏng và nhận xét. Đƣa ra kết quả của dung lƣợng và ảnh hƣởng của khoảng cách truyền, tốc độ truyền, tỉ số tín hiệu trên nhiễu (SNR), hệ số tự nhiễu tại nút chuyển tiếp. Từ kết quả đó, so sánh chất lƣợng giữa mô hình truyền song công và bán song công, cân bằng và không cân bằng. - Chương 5:Kết luận và hướng phát triển.
Trình bày nhũng kết quả mà luận văn đạt đƣợc, nêu ra một số hƣớng nghiên cứu và một hƣớng hát triển. Phần cuối của đồ án là danh mục các tài liệu tham khảo và phụ lục. 3 do an CHƯƠNG 2: LÝ THUYẾT TỔNG QUAN 2. GIỚI THIỆU MẠNG CHUYỂN TIÉP 2.TRUYỀN THÔNG TRUYỀN THỐNG: Một mô hình truyền thông thƣờng có dạng nhƣ hình 2.
Trong mạng truyền thông này các kết nối có dạng điểm điểm, tức là tín hiệu đƣợc truyền thẳng từ nguồn phát đến thiết bị nhận hay còn gọi là truyền thông Light of Sight (LoS). Vì thế mà nó có một số nhƣợc điểm lớn là: không đảm bào đƣợc kênh truyền nếu tầm nhìn thẳng từ nguồn đến đích hạn chế. Vì thế, một số kỹ thuật đã đƣợc sử dụng nhƣ mạng macro Diversity, micro diversity. đƣợc ứng dụng để cải thiện chất lƣợng truyền thông.
Gần đây kỹ thuật MIMO với những ƣu điểm vƣợt trội đã đƣợc nghiên cứu và ứng dụng nhiều trong các mạng truyền thông. Tuy nhiên việc triển khai các mạng truyền thông nêu trên khá phức tạp và tốn kém. Vì thế một mạng truyền thông cũng đƣợc đề xuất và nghiên cứu khá nhiều là mạng truyền thông hợp tác. Mạng truyền thông hợp tác sử dụng các thiết bị riêng lẻ để tạo ra một mô hình phân tập ảo.
Trong đó các thiết bị tạo thành một mạng hợp tác để thu tín hiệu và truyền thông qua lại giúp cải thiện đáng kể chất lƣợng nhƣng ít tốn kém hơn. Gần đây, một kỹ thuật mới cũng mạng lại sự cải thiện chất lƣợng hệ thống đáng kể nhƣng ít tốn kém hơn là mạng truyền thông chuyển tiếp. Trong mạng truyền thông này, tín hiệu đƣợc đƣợc tái truyền lại bởi một nút chuyển tiếp vì thế kênh truyền thông sẽ đƣợc cải thiện hơn dẫn đến chất lƣợng tốt hơn. Sau đây chúng ta cùng tìm hiểu hệ thống này.
4 do an Hình 2.1: Mô hình mạng truyền thông truyền thống. TRUYỀN THÔNG CHUYỂN TIẾP: Với mạng truyền thông, việc tăng cƣờng dung lƣợng, mở rộng phạm vi phủ sóng và giảm chi phí vận hành là mục tiêu của các nhà quản lý mạng viễn thông. Một số kỹ thuật để nâng cao dung lƣợng và mở rộng phạm vi phủ sóng đã đƣợc giới thiệu nhƣ giải pháp đa anten MIMO, truyền dẫn đa điểm phối hợp. Kỹ thuật chuyển tiếp đƣợc giới thiệu là một công nghệ tiên tiến đáp ứng và thỏa mãn đƣợc những yêu cầu này.
Mạng chuyển tiếp gồm một nút nguồn một hay nhiều nút chuyển tiếp và một nút đích, mô hình chuyển tiếp có thể chia thành nhiều dạng trên nhiều khía cạnh khác nhau nhƣ: theo số chuyển tiếp gồm mạng đơn chuyển tiếp nhƣ hình 2.2 và mạng đa chuyển tiếp nhƣ hình 2.3; theo chức năng gồm mạng cải thiện chất lƣợng và mạng mở rộng phạm vi hoạt động nhƣ mô tả chuyển tiếp trong hình 2.Trong mạng truyền thông chuyển tiếp, tín hiệu từ nguồn sẽ đƣợc truyền đến đích thông qua các nút chuyển tiếp. Nút chuyển tiếp có nhiệm vụ thu tín hiệu từ nguồn, sau đó xử lý và chuyển tín hiệu đã xử lý đến đích. Nhờ vào nguyên lý hoạt động nhƣ vậy mà mạng truyền thông chuyển tiếp có một số ƣu nhƣợc điểm 5 do an Hình 2.2: Mô hình mạngtruyền thông chuyển tiếp.3: Mô hình chuyển tiếp đa chặng Ưu điểm: • Lợi ích về hiệu suất: lợi ích hiệu suất trong hệ thống lớn, có thể đạt đƣợc bởi độ lợi suy hao đƣờng truyền cũng nhƣ sự phân tập và độ lợi ghép kênh. Điều đó dẫn đến năng lƣợng truyền dẫn giảm xuống, dung lƣợng cao hơn hoặc vùng phủ sóng tốt hơn.
• Chất lƣợng cân bằng của dịch vụ: trong mạng truyền thông thông thƣờng, chất lƣợng tại các rìa hay những khu vực bị che khuất có thể bị suy giảm. Nhƣng với sự chuyển tiếp cho phép cân bằng chất lƣợng nhƣ nhau tại mọi nơi. • Ít tổn hao về việc triển khai cơ sở hạ tầng: việc triển khai các nút chuyển tiếp cho phép mở rộng phạm vi hay chất lƣợng tín hiệu mà không cần đầu tƣ các 6 do an trang thiết bị truyền thông mắc tiền. • Chi phí giảm: để đạt đƣợc một mức chất lƣợng dịch vụ thì việc xây dụng một hệ thống chuyển tiếp đƣợc xem đỡ tốn kém hơn là xây dựng một hệ thống truyền thông đầy đủ và chi phí cho việc bảo trì và vận hành nó cũng thấp hơn.
Nhược điểm: một số nhƣợc điểm chính của việc sử dụng chuyển tiếp đƣợc đƣa ra nhƣ sau: • Việc lập lịch trình phức tạp: việc bảo dƣỡng trong một hệ thống gồm nhiều nút chuyển tiếp và nhiều ngƣời dùng thách thức việc lập lịch trình cho việc chuyển tiếp phức tạp hơn rất nhiều. Không chỉ về lƣu lƣợng của ngƣời dùng khác nhau mà còn về lƣu lƣợng chuyển tiếp. Bất kỳ lợi ích do việc chuyển tiếp lớp vật lý mang lại đều bị lãng phí nếu không có xử lý đúng tại lớp mạng và lớp truy cập trung bình. • Chi phí phụ gia tăng: sự vận hành một hệ thống hoàn chỉnh thì yêu cầu về chuyển giao, đồng bộ hóa, bảo mật.
điều này dẫn đến một chi phí phụ tăng thêm so với một hệ thống không sử dụng giao thức chuyển tiếp. • Việc lựa chọn đối tác: để quyết định việc chuyển tiếp tối ƣu và đối tác để hợp tác là một công việc khá phức tạp. • Nhiễu gia tăng: việc sử dụng các nút chuyển tiếp chắc chắn sẽ tạo ra một lƣợng nhiễu thêm vào tại các nút, điều này sẽ làm hiệu suất hệ thống giảm đi. • Thời gian chờ điểm- điểm gia tăng:việc chuyển tiếp thƣờng liên quan đến việc nhận và giải mã của toàn bộ dữ liệu gói trƣớc khi nó có thể đƣợc tái truyền lại.
vì thế mà thời gian chờ cũng tăng lên. Để loại bỏ thời gian trễ này thì phƣơng pháp truyền đơn giản hay phƣơng pháp giải mã cần đƣợc sử dụng. • Đồng bộ hóa phức tạp: việc đồng bộ hóa chặt chẽ nhìn chung cần đƣợc duy trì để thúc đẩy việc hợp tác. Điều này lần lƣợt cần có những phần cứng đắt tiền và chi phí phụ về kỹ thuật lớn vì các nút chuyển tiếp cần đƣợc đồng bọ thƣờng xuyên bằng cách sử dụng một số hình thức của việc báo hiệu hoặc những kỹ thuật khả thi khác.
• Ƣớc tính kênh truyền nhiều hơn: việc sử dụng các nút chuyển tiếp làm tăng hiệu quả số lƣợng của các kênh truyền vô tuyến. Điều này đòi hỏi việc ƣớc tính 7 do an cho nhiều hệ số kênh truyền hơn và vì vậy nhiều ký tự thí điểm cần phải đƣợc cung cấp nếu nhƣ việc điều chế nhất quán đƣợc sử dụng.CÁC GIAO THỨC CHUYỂN TIẾP Các kỹ thuật hay cách thức hoạt động của nút chuyển tiếp là cách thức mà nút chuyển tiếp xử lý thông tin tiếp nhận từ nút nguồn và chuyển tiếp về phía nút đích còn gọi là các kỹ thuật chuyển tiếp. Hai giao thức chuyển tiếp phổ biến thƣờng đƣợc sử dụng nhiều trong các hệ thống truyền thông hợp tác gồm khuếch đại và chuyển tiếp (Amplify and Forward - AF) và giải mà và chuyển tiếp (Decode and Forward - DF) sau đây chúng ta cùng làm rõ hai giao thức này. KHUẾCH ĐẠI VÀ CHUYỂN TIẾP (AF) Việc truyền thông chuyển tiếp đơn giản là sử dụng phƣơng pháp khuếch đại và chuyển tiếp (AF).
Mỗi nút relay trong phƣơng pháp này nhận phiên bản bị nhiễu của tín hiệu đã đƣợc truyền bởi đối tác của nó rồi sau đó khuếch đại tín hiệu thu đƣợc và chuyển tiếp nó đến nơi nhận. Theo nhƣ mô tả trongHình 2.4, thì nút relay sau khi khuếch đại và truyền phiên bản nhiễu này tới nút đích. Nút đích sẽ kết hợp thông tin đƣợc gửi bởi nút relay và nó sẽ đƣa ra quyết định cuối cùng về bit đã đƣợc truyền đi. Mặc dù nhiễu của tín hiệu cũng đƣợc khuếch đại bởi phƣơng thức hợp tác (AF) nhƣng nút đích chỉ nhận phiên bản của tín hiệu bị fading độc lập và nó có thể đƣa ra quyết định tốt hơn về việc phát hiện thông tin[7].4: Sơ đồ hệ thống khuếch đại và chuyển tiếp Giả sử rằng, trong phƣơng pháp khuếch đại và chuyển tiếp, nút đích biết đƣợc hệ số kênh truyền giữa nút nguồn và nút relay để thực hiện việc mã hóa tối 8 do an ƣu, vì vậy cơ cấu trao đổi hoặc đánh giá thông tin này phải đƣợc kết hợp vào bất kỳ việc thực thi nào.
Một thách thức lớn khác là việc lấy mẫu, khuếch đại và truyền lại giá trị tƣơng tự là rất quan trọng trong kỹ thuật. Do đó phƣơng pháp khuếch đại và chuyển tiếp là một phƣơng pháp đơn giản mà cho phép mƣợn chính nó để phân tích. Vì vậy nó đã rất hữu ích trong việc đẩy mạnh quan điểm của chúng ta về mạng hợp tác thu thập năng lƣợng[7].5:Sơ đồ khối giao thức khuếch đại và chuyển tiếp 2. GIẢI MÃ VÀ CHUYỂN TIẾP (DF) Một kỹ thuật xử lý khác tại nút chuyển tiếp đƣợc mô tả trong Hình 2.6là nút chuyển tiếp giải mã tín hiệu nhận đƣợc, tái mã hóa nó, sau đó truyền lại nó cho máy thu.
Loại chuyển tiếp này đƣợc gọi là giải mã và chuyển tiếp (DF) cố định, nó thƣờng đƣợc gọi đơn giản là DF. Lƣu ý rằng tín hiệu đƣợc giải mã tại relay có thể không đúng. Vì vây, nếu một tín hiệu đƣợc giải mã không chính xác ở nút relay mà đƣợc chuyển tiếp đến nút đích thì dẫn đến việc giải mã ở đích là vô nghĩa. Rõ ràng rằng cơ chế này, sự phân tập đạt đƣợc chỉ là một, bởi vì hiệu suất của hệ thống đƣợc giới hạn bởi các liên kết xấu nhất từ nguồn-nút chuyển tiếp và nguồn-đích.