CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TRUYỀN THÔNG HỢP TÁC GVHD: TS. Võ Nguyễn Quốc Bảo Trang 14 Đề tài: Nghiên cứu kỹ thuật truyền gia tăng trong hệ thống truyền thông hợp tác 1.1 GIỚI THIỆU Những ưu điểm của hệ thống đa đầu vào đa đầu ra (MIMO) đã được thừa nhận rộng rãi, đến mức độ mà một số phương pháp truyền tải phân tập (ví d , tín hiệu Alamouti) được tích hợp thành tiêu chuẩn không dây. Mặc dù truyền tải phân tập rõ ràng là thuận lợi trên một trạm gốc di động, nó có thể không được thiết thực cho các tình huống khác. C thể là do kích thước, chi phí, hoặc hạn chế phần cứng, thiết bị không dây có thể không có khả năng hỗ trợ truyền tải nhiều ăng-ten.
Ví d như hầu hết các thiết bị cầm tay (size) hoặc các nút trong một mạng cảm biến không dây (kích thước, công suất). Bài viết này trình bày một cái nhìn tổng quan về một loại kỹ thuật gọi là truyền thông hợp tác, cho phép đơn ăng-ten di động nhằm thu được một số các lợi ích của hệ thống MIMO. Ý tưởng cơ bản là di động đơn ăng-ten trong trường hợp nhiều user có thể "chia sẻ" ăng-ten của họ theo cách thức tạo ra một hệ thống MIMO ảo. Một vài mốc quan trọng trong lĩnh vực này đã đạt được, dẫn đến một loạt các hoạt động nghiên cứu xa hơn Chúng tôi hy vọng rằng bài viết này s giúp làm sáng tỏ những chủ đề rộng hơn và đẩy nhanh tốc độ phát triển công nghệ thú vị này.
Các kênh không dây di động bị fading, có nghĩa là sự suy giảm tín hiệu có thể thay đổi đáng kể trong quá trình truyền tải, truyền tải độc lập bản sao của tín hiệu tạo ra phân tập và có thể có hiệu quả chống lại tác hại ảnh hưởng của fading. Đặc biệt, phân tập không gian được tạo ra bằng cách truyền các tín hiệu từ các các vị trí khác nhau, do đó cho phép phiên bản nhiễu một cách độc lập của tín hiệu nguồn tại phía nhận. Hợp tác truyền thông tạo ra sự đa dạng này một cách mới và thú vị.1 cho thấy hai thành phần di động giao tiếp với cùng một đích đến. Mỗi trạm di động đều có một ăng-ten và không thể tạo ra phân tập không gian riêng.
Tuy nhiên, nó có thể được thực hiện cho một trạm di động đến máy thu khác trong trường hợp nó có thể chuyển tiếp một số phiên bản thông tin "nghe" cùng với dữ liệu riêng của mình. Bởi vì các đường truyền fading từ hai trạm di động độc lập về mặt thống kê, điều này tạo ra phân tập không gian. Trong quá trình phát triển của hợp tác truyền thông, một số vấn đề phức tạp phải được giải quyết, bao gồm cả sự mất mát về tỉ lệ hợp tác di động, tổng nhiễu trong mạng lưới, phân cấp hợp tác và chuyển giao, sự cân bằng của hệ thống truyền tải và nhận được yêu cầu trên điện thoại di động. Trong các hình tham khảo chúng tôi sử d ng các biểu tượng cơ bản giống GVHD: TS.
Võ Nguyễn Quốc Bảo Trang 15 Đề tài: Nghiên cứu kỹ thuật truyền gia tăng trong hệ thống truyền thông hợp tác như trạm hoặc thiết bị cầm tay. Ý tưởng về hợp tác nói chung có l phù hợp hơn với các mạng không dây đặc biệt và mạng cảm biến không dây so với mạng di động.1 Truyền thông hợp tác 1.2 TRUYỀN THÔNG HỢP TÁC Trong truyền thông hợp tác không dây, chúng tôi quan tâm tới mạng lưới không dây, mạng di động hoặc mạng đặc biệt phân tập, nơi mà các thành phần không dây, chúng ta gọi người dùng, có thể làm tăng hiệu quả chất lượng dịch v của mình (đo ở lớp vật lí như tỉ lệ lỗi bít, tỉ lệ lỗi khối, hoặc xác suất dừng) thông qua sự hợp tác. Trong một hệ thống truyền thông hợp tác, mỗi user không dây được giả định để truyền dữ liệu và cũng đóng vai trò như một tác nhân hợp tác cho user khác (Hình 1. Hợp tác dẫn đến sự kết hợp tỉ lệ mã và công suất phát Trong trường hợp của công suất, một mặt ta có thể lập luận công suất lớn là cần thiết cho mỗi user, trong khi phương thức hợp tác, truyền tải được cho nhiều người dùng.
Mặt khác, đường cơ sở công suất phát cho nhiều user s được giảm vì sự phân tập. Về phương diện cân bằng, một trong những mong muốn về mạng lưới giảm công suất phát, đưa ra mọi thứ đều là hằng số. Võ Nguyễn Quốc Bảo Trang 16 Đề tài: Nghiên cứu kỹ thuật truyền gia tăng trong hệ thống truyền thông hợp tác Câu hỏi tương tự xảy ra cho tốc độ của hệ thống. Trong truyền thông hợp tác mỗi người dùng truyền tải các bít riêng cho cả hai cũng như một số thông tin cho đối tác, người ta có thể nghĩ điều này gây ra mất mát về tốc độ trong hệ thống.
Tuy nhiên, hiệu suất phổ của mỗi người dùng được cải thiện bởi vì, do hợp tác phân tập các kênh tỉ lệ mã có thể được tăng lên Một lần nữa sự cân bằng được thấy rõ. Các câu hỏi then chốt, cho dù hợp tác giá trị chi phí phát sinh, đã được trả lời tích cực bởi một số nghiên cứu và chứng minh bởi các sơ đồ về phía cuối bài viết này. Người ta cũng có thể mô tả sự hợp tác là một hình thức không tập hợp về công suất và ăng thông trong mạng di động. Những tiền đề của hợp tác đã iết (được thừa nhận độc đáo) chiến lược phân bổ cho công suất và ăng thông về trạm di động dẫn đến có ý nghĩa độ lợi trong hiệu suất hệ thống.
Trong hợp tác phân bổ các nguồn , mỗi trạm di động truyền dẫn cho nhiều điện thoại di động.2 Trong truyền thông hợp tác mỗi một trạm di động thì dùng cho cả user và nút chuyển tiếp relay GVHD: TS. Võ Nguyễn Quốc Bảo Trang 17 Đề tài: Nghiên cứu kỹ thuật truyền gia tăng trong hệ thống truyền thông hợp tác 1.1 BỐI CẢNH – LỊCH SỬ Các ý tưởng cơ bản đằng sau thông tin liên lạc hợp tác có thể là nguồn gốc từ những đột phá nghiên cứu của Cover trên các thông tin lý thuyết về các kênh chuyển tiếp. Nghiên cứu này đã phân tích khả năng của ba nút mạng bao gồm một nguồn, một đích và nút chuyển tiếp. Giả sử tất cả các các nút hoạt động trong cùng một ăng tần, vì vậy hệ thống có thể được chia ra thành kênh quảng á dưới góc nhìn từ nguồn và đa truy cập kênh từ quan điểm của đích đến (Hình 1.
Nhiều ý tưởng đã xuất hiện sau đó trong các tài liệu hợp tác lần đầu tiên được trình bày. Tuy nhiên, trong nhiều khía cạnh truyền thông hợp tác chúng ta đang xem xét khác nhau từ các kênh chuyển tiếp relay. Thứ nhất, phát triển gần đây thúc đẩy bởi các khái niệm về sự phân tập trong một kênh fading trong khi Cover chủ yếu phân tích công suất trong một kênh nhiễu trắng Gaussian (AWGN). Thứ hai, trong các kênh chuyển tiếp relay, m c đích duy nhất của nút chuyển tiếp relay là trợ giúp kênh chính, trong khi ở các hệ thống hợp tác tổng số các nguồn được cố định và người sử d ng đóng vai trò là như thông tin nguồn cũng như chuyển tiếp.3 Kênh chuyển tiếp relay GVHD: TS.
Võ Nguyễn Quốc Bảo Trang 18 Đề tài: Nghiên cứu kỹ thuật truyền gia tăng trong hệ thống truyền thông hợp tác 1.2 PHƯƠNG PHÁP PHÁT HIỆN VÀ CHUYỂN TIẾP Phương pháp này có l là gần nhất với ý tưởng về một nút chuyển tiếp relay truyền thống. Trong phương pháp này người dùng cố gắng phát hiện bít của đối tác và sau đó truyền lại bít được phát hiện Các đối tác có thể được chuyển giao lẫn nhau tại các trạm cơ sở, hoặc thông qua một số kỹ thuật khác Đối với m c đích này hướng dẫn chúng ta xem xét hai user hợp tác với nhau, nhưng trong thực tế yếu tố quan trọng nhất là mỗi người dùng có một đối tác cung cấp (phân tập) đường dẫn dữ liệu thứ hai. Cách đơn giản nhất để hình dung điều này là thông qua liên kết, nhưng nó cũng có thể để đạt được tác d ng tương tự thông qua cộng tác khác cấu trúc liên kết mà loại bỏ các hạn chế ghép nối nghiêm ngặt. Một ví d về giải mã và chuyển tiếp tín hiệu có thể được tìm thấy trong nghiên cứu của Sendonaris, đã thúc đẩy hoạt động gần đây trong lĩnh vực này.
Việc nghiên cứu phân tích mã phân chia đa truy cập (CDMA) thực hiện giải mã và chuyển tiếp hợp tác tín hiệu. Trong quá trình phối hợp này, hai user được ghép nối để hợp tác với nhau. Mỗi user có mã lan truyền của nó, ký hiệu C1(t) và C2(t). Bít dữ liệu của các user được ký hiệu là b(n), khi đó i =1,2,…n là chỉ số người dùng và chỉ số biểu thị thời gian của bít thông tin.
Các yếu tố ai,j biểu thị iên độ tín hiệu, thể hiện cho phân bố công suất đến các thành phần khác nhau của tín hiệu này. Mỗi giai đoạn tín hiệu bao gồm ba khoảng bít. Biểu thị các tín hiệu của user 1 X1(t) và tín hiệu của user 2 X2(t).2) Nói cách khác, trong khoảng thời gian đầu tiên và thứ hai, mỗi user truyền tải bít riêng của mình. sau đó mỗi user phát hiện bít thứ hai của user khác (mỗi user ước lượng các bít của nhau được ký hiệu là ).
Trong khoảng thời gian thứ 3, các user truyền tải sự kết hợp tuyến tính bít thứ hai của riêng chúng và bít thứ 2 của đối tác. Mỗi bội số của mã truyền đi. Công suất trong khoảng thời gian đầu tiên, thứ hai và thứ ba là biến số và bằng tối ưu công suất phát tương đối theo các điều kiện của đường lên và kênh liên user, phương pháp này cung cấp khả năng thích ứng điều kiện kênh. Võ Nguyễn Quốc Bảo Trang 19 Đề tài: Nghiên cứu kỹ thuật truyền gia tăng trong hệ thống truyền thông hợp tác Các công suất được phân bổ thông qua các yếu tố ai,j chẳng hạn một hạn chế công suất trung bình được duy trì.
Nói một cách gần đúng, bất cứ khi nào kênh liên user thuận lợi, nhiều công suất hơn được phân bổ cho hợp tác, trong khi đó bất cứ khi nào kênh liên user không thuận lợi hợp tác giảm. Phương pháp này có ưu điểm tính đơn giản và khả năng thích ứng với điều kiện kênh. Một số ghi chú cần được đưa ra trong tài liệu tham khảo phương pháp này.