Chương 1: Tổng quan. Tôi trình bày tổng quan về lĩnh vực nghiên. Ngoài ra, tôi cũng trình bày nhiệm vụ đề tài, giới hạn đề tài và phương pháp nghiên cứu. - Chương 2: Tổng quan về mạng truyền thông chuyển tiếp.
Nội dung của chương này giới thiệu về mạng truyền thông hợp tác, ưu điểm và nhược điểm của mạng. Một số kiến thức liên quan đến mô hình mạng như: kênh truyền, giao thức chuyển tiếp (DF và AF) và các kỹ thuật chuyển tiếp. Các loại nhiễu ảnh hưởng đến mạng truyền thông. - Chương 3: Giới thiệu mạng truyền đồng thời năng lượng và thông tin.
Trong chương này, tôi giới thiệu tổng quan về mạng truyển đồng thời năng lượng và thông tin. Phân tích hiệu năng của mạng thu thập năng lượng trong điều kiện ược lượng kênh không hoàn hảo và mô phỏng. 17 - Chương 4: Phân tích ảnh hưởng của nhiễu đồng kênh (CCI) trên mạng hợp tác khuếch đại-chuyển tiếp hai chiều. Trong chương này, tôi đi sâu phân tích mô hình mạng hợp tác khuếch đại-chuyển tiếp hai chiều dưới tác động một số hữu hạn tín hiệu nhiễu đồng kênh.
- Chương 5: Kết quả mô phỏng và nhận xét. Kết quả phân tích của chương 4 sẽ được dùng để mô phỏng trong chương này. Ngoài ra, tôi phân tích ảnh hưởng của nhiễu đồng kênh lên mạng hợp tác khuếch đại-chuyển tiếp hai chiều và trình bày một số nhận xét về mô hình mạng. - Chương 6: Kết luận và hướng phát triển.
Phần này trình bày các kết quả mà đề tài đạt được, một số hướng nghiên cứu và phát triển đề tài. Phần cuối của đề tài là danh mục các tài liệu tham khảo. Chương 2 TỔNG QUAN VỀ MẠNG TRUYỀN THÔNG CHUYỂN TIẾP 2.1 GIỚI THIỆU VỀ MẠNG TRUYỀN THÔNG HỢP TÁC Mạng truyền thông hợp tác là mạng truyền thông cho phép các người dùng trong hệ thống có thể hợp tác với nhau bằng cách chuyển tiếp thông tin của nhau đến đích. Như chúng ta đã biết mỗi thiết bị di động thường chỉ có một anten và không thể riêng lẻ tạo thành phân tập không gian.
Giả sử một thiết bị di động có thể nhận dữ liệu từ các thiết bị di động khác và truyền dữ liệu nhận được cùng với dữ liệu của nó tới đích, đồng thời xem xét kênh truyền fading đối với các thiết bị di động khác nhau là độc lập thống kê với nhau nên việc đạt được phân tập không gian là hoàn toàn khả thi. Việc truyền đi nhiều tín hiệu 18 sẽ góp phần tạo nên phân tập, góp phần chống lại ảnh hưởng của fading. Đó chính là ý tưởng chính của khái niệm truyền thông hợp tác (Cooperative Communication) [17-21]. Khi đó, dữ liệu của mỗi người dùng (user) được truyền không chỉ bởi chính thiết bị của người đó mà còn được truyền bởi những thiết bị di động khác.
Mặt khác, đối với hệ thống viễn thông giao tiếp từng đôi trong đó tín hiệu mà người dùng truyền đi bị suy hao năng lượng bởi hiện tượng fading độc lập. Do hiện tượng fading đa đường nên tỉ lệ tín hiệu trên nhiễu (signal-to-noise ratio, SNR) tại đích suy giảm và thay đổi liên tục theo thời gian điều này dẫn đến sự nghẽn mạng ngay khi SNR của một người dùng nào đó rớt dưới mức ngưỡng. Tuy nhiên, trong trường hợp nếu hai người dùng có thể hợp tác với nhau bằng cách chuyển tiếp đến thông tin của nhau đến đích thì xác suất để xảy ra nghẽn mạng sẽ trở nên thấp hơn và ngay cả khi cả hai người dùng cùng đồng thời chịu ảnh hưởng của kênh truyền có chất lượng tín hiệu thấp thì xác suất để xảy ra nghẽn mạng là rất nhỏ. Vậy với sự hợp tác của các người dùng sẽ giúp cải thiện độ tin cậy của hệ thống.1 thể hiện mô hình mạng truyền thông hợp tác.
1 Mô hình mạng truyền thông hợp tác Rất nhiều kỹ thuật hợp tác được đề xuất trong mạng truyền thông hợp tác dựa trên những kỹ thuật chuyển tiếp khác nhau như: Khuếch đại - chuyển tiếp (AF), Giải mã - chuyển tiếp (DF),… Khi các kỹ thuật này được áp dụng trong một hệ thống hợp tác thì có thể giả sử rằng tại một thời điểm bất kỳ nào đó, chỉ có một người dùng được xem là nguồn trong khi những người dùng khác được xem như là nút chuyển tiếp. Vai trò giữa nút nguồn và nút chuyển tiếp có thể được chuyển đổi qua lại tại bất kỳ thời điểm nào.2 thể hiện mô hình hệ thống sử dụng kỹ thuật Giải mã - chuyển tiếp DF.3 thể hiện mô hình hệ thống sử dụng kỹ thuật Khuếch đại - chuyển tiếp. 2 Mô hình hệ thống giải mã và chuyển tiếp (DF) Hình 2. 3 Mô hình hệ thống khuếch đại và chuyển tiếp (AF) Một đặc điểm chung của hai kỹ thuật này đó là trong pha đầu tiên, nút nguồn sẽ truyền thông tin (broadcast) đến nút chuyển tiếp và nút đích.
Đối với hệ thống sử dụng kỹ thuật DF, nút chuyển tiếp sẽ giải mã và tái tạo một thông tin mới rồi truyền đến nút đích. Tại nút đích, tín hiệu từ nút nguồn và nút chuyển tiếp kết hợp với nhau để gia tăng hiệu năng hệ thống. Tín hiệu tạo bởi nút chuyển tiếp có thể được mã hóa lại để giảm khả năng xảy ra lỗi, kỹ thuật giải mã và chuyển tiếp này có thể được xem như là kỹ thuật mã hóa hợp tác. Khi hệ thống sử dụng kỹ thuật AF, nút chuyển tiếp sẽ khuếch đại thông tin nhận được và truyền trực tiếp đến đích mà không cần phải giải mã thông tin mà nó nhận được.
Chi tiết về các kỹ thuật DF và AF được đề cập ở phần sau.2 ƯU NHƯỢC ĐIỂM CỦA TRUYỀN THÔNG HỢP TÁC Một số ưu nhược điểm chính của mạng truyền thông hợp tác có thể được tóm tắt như sau: 20 2.1 Ưu điểm: - Độ lợi phân tập: Truyền thông hợp tác khai thác sự phân tập theo không gian và thời gian trong mạng vô tuyền nhằm cải thiện hiệu năng hệ thống. Mạng phân tập hợp tác giúp giảm bớt công suất phát, tăng thông lượng của hệ thống, có độ tin cậy cao hơn hoặc vùng bao phủ rộng hơn. - Cân bằng chất lượng dịch vụ (Quality of Service – QoS): Đối với những hệ thống truyền thông truyền thống, người dùng tại biên của các vùng bao phủ sóng của mạng với chất lượng kênh truyền kém có thể sẽ gánh chịu một số bất lợi về dung lượng. Tuy nhiên, với truyền thông chuyển tiếp hợp tác có thể được sử dụng để tránh điều này và do đó cung cấp một dịch vụ cân bằng hơn cho người dùng.
- Giảm thiểu chi phí: Mạng truyền thông hợp tác cung cấp những giải pháp về giá thành trong nhiều trường hợp. Ví dụ, trong hệ thống thông tin di động, giá thành của việc cung cấp một mức QoS cho toàn bộ người dùng trong một cell sẽ trở nên nhỏ hơn với sự trợ giúp của mạng truyền thông hợp tác. - Tiết kiệm năng lượng hơn và kéo dài tuổi thọ của mạng: Mạng truyền thông hợp tác cải thiện mức năng lượng tiêu thụ và kéo dài tuổi thọ của các thiết bị trong mạng bởi các nút hoạt động nhờ vào pin, các cảm biến trong một WSN. - Cho phép triển khai mạng khi thiếu cơ sở hạ tầng: Mạng truyền thông hợp tác giảm bớt công sức và chi phí cho việc triển khai một hệ thống mà trước đó chưa có cơ sở hạ tầng.
Ví dụ, ở những vùng bị thiên tai, các nút chuyển tiếp có thể được sử dụng để phục vụ cho việc liên lạc ngay cả khi các hệ thống thông tin di động hoặc những hệ thống truyền thông khác bị hỏng hóc.2 Nhược điểm: - Chịu ảnh hưởng nhiều bởi nhiễu và tăng khả năng nghẽn: Khi sử dụng mạng truyền thông hợp tác thì nguồn tài nguyên dưới dạng các băng tần, khe thời gian hoặc mã trực giao cần phải được quy hoạch lại khi có thêm nút chuyển tiếp. Thêm vào đó, nếu quy hoạch không phù hợp, hệ thống chuyển tiếp hợp tác chắc chắn sẽ gây thêm nhiễu và làm giảm hiệu năng của hệ thống. - Biểu đồ thời gian phức tạp: Trong những hệ thống truyền thông hợp tác, ta cần phải có biểu đồ thời gian về dòng thông tin không những cho các nguồn khác nhau mà 21 còn cả những nút chuyển tiếp. Độ phức tạp của biểu đồ này gia tăng khi có nhiều người dùng với nhiều nút chuyển tiếp tham gia trong mạng.
- Gia tăng độ trễ điểm-điểm: Thông thường mạng truyền thông hợp tác có liên quan đến việc nhận và giải mã một gói dữ liệu trước khi được truyền tới đích bởi các nút chuyển tiếp. Đối với những dịch vụ nhạy về độ trễ như dịch vụ thoại và đa phương tiện thì trễ gây ra bởi các nút chuyển tiếp có thể trở nên bất lợi lớn. - Gia tăng chi phí phụ: Chức năng của hệ thống mạng hợp tác là yêu cầu cao về điều khiển truy cập, đồng bộ, lập biểu đồ thời gian, bảo mật,… Tất cả những yêu cầu này làm gia tăng chi phí so với những hệ thống truyền thông cũ. Các hệ thống truyền thông hợp tác có thể được phân loại dựa trên các cách sử dụng nút chuyển tiếp khác nhau như hình 2.
Thứ nhất, phân loại truyền thông hợp tác ở lớp vật lý. Ở đây, có hai loại nút chuyển tiếp chính. Đó là, nút chuyển tiếp phi tái tạo hoặc trong suốt và nút chuyển tiếp tái tạo. Trong trường hợp này, nút chuyển tiếp trong suốt có nghĩa là tín hiệu nhận tại nút chuyển tiếp được khuếch đại và truyền trực tiếp đến nút đích mà không cần phải thông qua quá trình giải mã tín hiệu.
Thứ hai, Phân loại truyền thông cộng tác theo số lượng của các tầng chuyển tiếp trong hệ thống. Và do đó, các nút chuyển tiếp có thể hoạt động một cách nối tiếp hoặc song song. Khi số lượng các nút chuyển tiếp lắp đặt nối tiếp tăng lên sẽ làm giảm thiểu ảnh hưởng của suy hao tín hiệu trên đường truyền giữa các nút. Mặt khác, gia tăng số lượng các nút chuyển tiếp mắc song song giúp tăng cường độ lợi phân tập.
Thứ ba, Phân loại truyền thông hợp tác căn cứ vào việc đặt một nút chuyển tiếp giữa nút nguồn và nút đích được gọi là chuyển tiếp hỗ trợ hoặc chuyển tiếp một bên và có thể được mở rộng lên chuyển tiếp hợp tác (hai bên), trong đó có ít nhất hai nút hợp tác là nút chuyển tiếp tương ứng của nhau tại cùng thời điểm nhằm cải thiện độ tin cậy của nhau. 4 Phân loại truyền thông hợp tác 2.3 MÔ HÌNH PHÂN TÍCH FADING ĐA ĐƯỜNG 2.1 Hiện tượng Fading Fading là hiện tượng sai lạc tín hiệu thu một cách bất thường xẩy ra đối với hệ thống vô tuyến do tác động của môi trường truyền dẫn.