Chương 1: Tổng quan Nêu tổng quan về đề tài nghiên cứu trong và ngoài nước, trình bày nội dung sẽ nghiên cứu cũng như đóng góp của đề tài. Chương 2: Cơ sở lý thuyết Nêu các cơ sở lý thuyết liên quan đến đề tài đang thực hiện, gồm truyền thông hợp tác đa chặng, vô tuyến nhận thức và xác suất dừng. Chương 3: Mô hình mạng vô tuyến nhận thức dạng nền Trình bày mô hình nghiên cứu mạng vô tuyến nhận thức dạng nền, đưa ra các thông số của mô hình sử dụng mô phỏng. Chương 4: Mô phỏng, phân tích và đánh giá Trình bày kết quả mô phỏng theo xác suất dừng của các hàm công suất ngưỡng ràng buộc tại đầu thu, công suất phát của mạng sơ cấp ảnh hưởng đến mạng thứ cấp, thông lượng của mạng khi công suất phát thay đổi.
Chương 5: Kết luận và hướng phát triển đề tài Tổng kết các kết quả mô phỏng, đưa ra đánh giá cùng với hướng phát triển tiếp theo của đề tài. 7 Chương 2: Cơ sở lý thuyết Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2. Kênh truyền vô tuyến Kênh truyền là môi trường truyền thông tin giữa đầu phát và đầu thu, có hai dạng kênh truyền: - Kênh truyền hữu tuyến sử dụng các loại dây dẫn như: dây cáp, cáp đồng trục, cáp quang, ưu điểm của loại kênh truyền này là tín hiệu ổn định ít bị ảnh hưởng bởi môi trường xung quanh, nhược điểm là phải kéo dây từ nơi phát đến nơi nhận khó khăn về đường truyền và chi phí cao. - Kênh truyền vô tuyến sử dụng sóng điện từ để truyền thông tin.
o Ưu điểm: Không cần đi dây từ điểm phát đến điểm thu, linh hoạt trong đường truyền tín hiệu ở những nơi có địa hình phức tạp. o Nhược điểm: kênh truyền vô tuyến có thể biến đổi từ đơn giản đến phức tạp, kênh truyền có ảnh hưởng lớn đến hiệu quả trong truyền tín hiệu do ảnh hưởng nhiễu từ môi trường xung quanh lớn. Nguồn Fading Thiết bị thu Thiết bị phát Hình 2. 1: Kênh truyền vô tuyến 8 Chương 2: Cơ sở lý thuyết Công suất của tín hiệu suy giảm theo phần LOS (Line Of Sight) và theo khoảng cách truyền dựa trên phương trình Friis [19].
t t Gr 2 PG Pr (d ) (2. 1) (4 ) 2 d 2 L Pr: Công suất nhận Pt: Công suất phát Gr và Gt độ lợi của antenna thu và phát λ: bước sóng của sóng truyền d: khoảng cách từ đầu phát đến đầu thu L: hệ số suy giảm của hệ thống Hệ số suy giảm khi truyền (PL: Path Loss) khi d >> λ: Pt G G 2 2 PL (dB ) 10 log 10 log t r2 2 10 log 2 2 (2. 2) Pr (4 ) d (4 ) d G G 1 t r Trong truyền thông, công suất thường được biểu diện ở dạng dB hoặc dBm do sự suy giảm thường theo hàm mũ. Phương trình trên có thể được diễn tả lại như sau: P (d ) d Pr (d )dBm 10log r 0 20log 0 (2.
Trong thực tế, sự suy giảm năng lượng theo khoảng cách thường theo hàm mũ bậc β [19]: d PL(d ) hay PL(d )dB PL(d 0 ) 10 log d (2. 4) d0 d0 Hệ số β được thống kê như sau: 9 Chương 2: Cơ sở lý thuyết Bảng 2. 1: Hệ số suy giảm trong các môi trường Môi trường Hệ số suy giảm, β Free – space 2 Đô thị 2.5 Đô thị với nhiều nhà cao tầng 35 Trong nhà (LOS) 1.8 Trong nhà có vật cản 46 2. Các mô hình kênh truyền cơ bản 2.
Kênh truyền theo phân bố Rayleigh Khi môi trường có nhiều thành phần tán xạ chúng ta có thể dùng mô hình kênh Rayleigh với hai biến Gauss ngẫu nhiên có trung bình bằng không và variance là σ2 thì Z X 2 Y 2 có phân bố Rayleigh, đồng thời Z2 có phân bố hàm mũ. Nếu rI và rQ đều là biến ngẫu nhiên Gauss và có trung bình bằng không, variance là σ2, trong [20] ta có. 5) Có phân bố Rayleigh như sau: z z2 p( z ) exp 2 , z0 (2. 6) 2 2 Với 2 là công suất trung bình theo thời gian; Z2 có phân bố hàm mũ: x x 1 1 2 2 PZ 2 ( x ) e Pr e (2.
7) Pr 2 2 10 Chương 2: Cơ sở lý thuyết p(r) 0 σ 2σ 3σ 4σ 5σ Hình 2. 2: Hàm mật độ xác suất của phân bố Rayleigh Giá trị median thường được sử dụng trong thực tế vì dữ liệu Rayleigh fading thường được đo trong những môi trường mà nó không tuân theo một phân bố đặc biệt nào. Bằng cách sử dụng giá trị median thay vì giá trị trung bình, chúng ta dễ dàng so sánh các phân bố fading khác nhau (có giá trị trung bình khác nhau).2 minh họa hàm mật độ xác suất Rayleigh. Kênh truyền theo phân bố Ricean Ricean fading là kết quả của sự kết hợp hiện tượng truyền đa đường và đường truyền trực tiếp LOS, trong đó tín hiệu truyền thẳng là thành phần biết trước trong tổng hợp các tín hiệu nhận được.
8) 2 2 Trong đó 2 là công suất trung bình của thành phần không chứa LOS theo thời gian, s2 là công suất của thành phần đường trực tiếp, I0 là hàm Bessel bậc không ; Công suất trung bình nhận được trong kênh truyền Ricean fading là : Pr z 2 pz (z) dz z 2 2 2 (2. 9) 0 Hàm phân bố xác suất Ricean phụ thuộc vào tỉ số năng lượng trực tiếp với thành phần năng lượng tán xạ K : 11 Chương 2: Cơ sở lý thuyết s2 K (2. 10) 2 2 Thay vào chúng ta được KPr s2 và 2 2 Pr K 1 K 1 Viết lại hàm phân bố Ricean theo K và Pr như sau: 2 z ( K 1) ( K 1) z 2 K ( K 1) pz ( z ) exp K I 0 2 z , z 0 (2. 11) Pr Pr Pr Khi K = 0, không có đường tín hiệu nhận trực tiếp khi đó phân bố Ricean trở thành phân bố Rayleigh.
Khi K thì phân bố Ricean trở thành phân bố Gauss. Thành phần LOS của phân bố Ricean là thành phần tín hiệu tĩnh giúp giảm hiệu ứng fading. k= dB p(r) k = 6 dB Hình 2. 3: Hàm mật độ xác suất của phân bố Ricean: k= dB (Rayleigh) và k = 6 dB.
Với k >>1, giá trị trung bình của phân bố Ricean xấp xỉ với phân bố Gauss 2. Kênh truyền theo phân bố Nakagami Trong một số trường hợp kênh truyền Nakagami bao gồm cả hai dạng kênh truyền trên lúc đó là kênh truyền Nakagami trở thành Nakagami-m. Theo [20] biểu diễn hàm mật độ đường bao kênh truyền Nakagami-m. 2m m z 2 m 1 mz 2 Pz ( z ) exp , m 0.
12) (m) Prm Pr 12 Chương 2: Cơ sở lý thuyết Với (.) là hàm gama Khi m = 0.5 thì phân bố Nakagami có dạng một nửa phân bố Gauss; Khi m = 1 thì phân bố Nakagami trở thành phân bố Rayleigh; Khi m > 1 thì phân bố Nakagami trở thành phân bố Ricean; K 1 2 Trong đó m thì phân bố trên sắp sỉ là phân bố Ricean fading 2K 1 với tham số K. Khi m thì không có fading. Hàm phân bố công suất cho kênh Nakagami fading như sau: m m x m1 mx Pz 2 ( x) exp (2. Kênh truyền thông thường Pmax T R Hình 2.
4: Mô hình truyền dữ liệu thông thường Xét quá trình sự truyền dữ liệu giữa một nút phát T và một nút nhận R. Bằng cách sử dụng mô hình suy hao đơn giản, chúng ta có thể mô hình hóa tín hiệu nhận được tại nút R như sau [21]. yR Pmax hT , R x nR (2. 14) Trong công thức (2.14), Pmax là công suất truyền tối đa của nút phát T, x là dữ liệu mà nút phát T muốn truyền đến nút nhận R, hT,R là hệ số kênh truyền giữa nút phát T và nút nhận R, nR là nhiễu cộng tại bộ thu.14), tỷ lệ công suất tín hiệu trên nhiễu nhận được tại nút nhận R có thể được đưa ra như sau: 2 PT hT , R T ,R (2.
15) N0 13 Chương 2: Cơ sở lý thuyết với N0 là phương sai của nR (giả sử rằng phương sai của nhiễu cộng tại tất cả các máy thu đều bằng N0 ), hT , R là kênh Rayleigh fading hT , R sẽ có phân bố mũ. Hàm phân 2 phối và hàm mật độ xác suất của hT , R được cho trong công thức (2. 2 F hT ,R 2 x 1 exp dT, R x 1 exp T , R x (2. 16) F hT ,R 2 x dT,R exp dT,R x T , R exp T ,R x (2.
17) T , R dT, R , d T , R là khoảng cách giữa T và R , và β là hệ số suy hao kênh truyền có giá trị từ 2 đến 6. Vô tuyến nhận thức 2. Khái niệm chung Vô tuyến nhận thức là mô hình mới của truyền thông không dây để tăng cường việc sử dụng nguồn tài nguyên phổ tần ngày càng hạn chế. Nó được định nghĩa như là một đài phát cơ hội sử dụng cơ sở hạ tầng hiện tại của của mạng vô tuyến trong khoản thời gian mà người dùng chính không sử dụng [1].
Về cơ bản, người dùng thứ cấp phải nhận thức đúng các điều kiện về phổ tần để tăng hiệu quả trong việc sử dụng phổ tần, mạng vô tuyến nhận thức tìm cách truyền tín hiệu của người dùng thứ cấp kết hợp với tín hiệu của người dùng sơ cấp trên cùng một phổ tần bằng các mô hình dạng nền (underlay), dạng chồng (overlay), dạng xen kẻ (interweave) mà không làm ảnh hưởng đến người dùng chính. Khi nhà khoa học Joseph Mitola đã phát biểu những ý tưởng đầu tiên của mình về vô tuyến và được định nghĩa bằng phần mềm (Software Defined Radio - SDR). Trong đó thì dạng vô tuyến này bao gồm một tần số vô tuyến (Radio Frequency - RF) và một Tunner được điều khiển bởi phần mềm.