Đánh giá một số thông số trong mạng vô tuyến hợp tác đa chặng

lllaaayy (((rrr))) 
của các phần đầu tiên chuẩn hóa bằng chiều 
dài của khe TDMA. 
 Sender (s) 
 Để mô tả các hệ thống truyền đơn chặng Seendeerr ((ss)) DDeeessstttiiinnaaatttiiioonn (((dd))) 
(sau đó khi đánh giá hiệu quả hoạt động cho 
 Hình 5. Đa chặng 2N với mã hóa và chuyển 
mỗi chặng), chúng ta đơn giản hóa ký hiệu và 
sử dụng s, r và d để chỉ bên phát đơn chặng, tiếp truyền thống 
nút chuyển tiếp và phía thu tương ứng. 2.2. Tốc độ dự kiến, xác suất dừng của hợp 
 tác đa chặng n, 2n và đa chặng kết 
 Tại mỗi nút chuyển tiếp giao thức 
DF(Decode-Forward: giải mã chuyển tiếp) hợp 
được sử dụng. Như thể hiện trong hình 3, 2.2.1 Tốc độ dự kiến của hợp tác đa chặng 
trong phần đầu tiên của một khe TDMA, s N, 2N và đa chặng kết hợp 
truyền trong khi cả r và d lắng nghe; sau khi Với việc không có sự suy hao nói chung, 
giải mã thành công, r tái mã hóa và chuyển chúng ta có thể biết được SINR (Signal 
tiếp đến d trong phần thời gian còn lại của Interference Noise Ratio) tức thời của đường 
khe TDMA [12]. Cuối cùng, d kết hợp các truyền từ i đến j và thu được tốc độ thông qua 
tín hiệu nhận được tương ứng từ s và r để công thức dung lượng Shanon [13]: 
giải mã gói tin. 
 r log 1 SINR (1) 
 RReeelllaaayy (((rrr))) ij 2 ij 
 Tốc độ rij thu được bởi sử dụng các đáp 
 ứng các từ mã dài để được giá trị thực của 
 SSeeennddeeerrr (((sss))) 
 DDeeessstttiiinnaaatttiiioonn (((dd))) SINR có thể biết được tại bên phát. Tuy 
 Hình 3. HyH- coop với hợp tác mã hóa nhiên, SINR tức thời không được biết trước. 
 chuyển tiếp Xác suất của một bản tin được truyền với tốc 
 Cần xem xét hai phương án chuẩn để độ R có thể không được mã hóa, đó là xác 
đánh giá hiệu suất của HyH-coop: N- suất dừng thấp hơn tốc độ R. Giả sử, một 
multihopping và 2N-multihopping tuyến truyền dẫn điểm - điểm i,j thì xác suất 
[10,11,12]. Trong N-multihopping hay đơn dừng như một hàm của R và SINRi,j là: 
giản là truyền dẫn trực tiếp (mỗi s truyền trực out R (2)
 Pij R Pr ijr R Pr SINR 2 1 
tiếp đến d mà không cần bất kỳ hỗ trợ từ các 
nút chuyển tiếp, và sử dụng toàn bộ khe Tốc độ dự kiến là tốc độ tiếp nhận trung 
TDMA, như thể hiện trong hình 4). Phương bình trong khoảng thời gian dài trong một 
pháp N-multihopping có thể được coi là một chặng được xác định theo tốc độ truyền dẫn R 
trường hợp đặc biệt của HyH-coop với yếu tố và xác suất mã hóa thành công tại điển đó [10]: 
phân vùng u = 1. Hình 5 cho thấy 2N- 
 out (3) 
 Rep R 1 P R 
 Tạp Chí Khoa Học Giáo Dục Kỹ Thuật Số 61 (12/2020) 
 12 Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. Hồ Chí Minh 
 Cuối cùng để xác định hiệu suất của trong phần thứ nhất của khe TDMA, với độ 
 STDMA, ta phải định nghĩa về thông lượng dài u. Các nút chuyển tiếp mã hóa và gửi bản 
 dự kiến trong mỗi chặng: tin đã được mã hóa tới bên nhận kế cạnh 
 trong phần thứ hai với độ dài (1-u). Tốc độ 
 out (4) 
 T R / Q R 1 P R / Q đạt được cho một chặng là tốc độ cực tiểu 
 2.2.2 Xác suất dừng của hợp tác đa chặng trong 2 đường liên kết trên thông qua các 
 phần của khe TDMA: 
 N, 2N và đa chặng kết hợp 
 trong đó rsr , và rrd 
 ▪ Đa chặng N rT min ursr , 1 u rrd 
 là tốc độ đạt được của đường liên kết sender- 
 Trong hợp tác đa chặng N, mỗi nguồn relay hai là relay- receiver tương ứng. Giả sử 
 truyền sẽ truyền trực tiếp tới thiết bị nhận của rằng, trạng thái kênh truyền là độc lập, xác 
 nó mà không có sự hỗ trợ nào từ các nút suất dừng của chặng sender - relay – receiver 
 khác, để đơn giản hơn xác suất dừng của mỗi trong đa chặng 2N được xác định theo công 
 chặng là xác suất dừng trên đường truyền gửi 
 – nhận tại tốc độ R được tính như sau: thức sau: 
 out
 Pout (R) Pr(r R) F ( ) (5) PT R Pr min ursr , 1 u rrd R
 D sd sd R 
 Trong đó R được định nghĩa 1 Pr rsr R / u Pr rrd R / 1 u 
  R 2 1 
 như ngưỡng SINR tại tốc độ R và Fsd R là 1 1 F  / u  1 F  / 1 u  (7) 
 sr R rd R 
 CDF (Cumulative Distribution Function: 
 R/u
 Hàm phân phối tích lũy) của SINR trên Trong đó,  R / u 2 1 và 
 / 1 u 2R/ u 1 1
 đường truyền gửi – nhận với tốc độ R. Với  R là SINR ngưỡng tại 
 việc tái sử dụng tần số không gian F  
 sd R tốc độ R của đường liên kết sender-relay hai 
 được xác định theo công thức dưới đây [11]: là relay- receiver tương ứng. 
 ( z 1) ▪ Đa chặng kết hợp (Hop by Hop) 
 Fij  p (x) pz (z)dxdz 
  ij ij 
 0 0 Trong mạng đa chặng kết hợp, một giao 
 thức hợp tác chuyển tiếp chặng được ứng 
  (n)  
 (n) 1 ij exp  dụng. Các node chuyển tiếp thực hiện mã hóa 
   
 ij 
   ij (n)  chuyển tiếp trực giao. Trong phần khung thứ 
 n Ni ij 
  nhất của khe TDMA, tương ứng với độ dài u, 
 Trong đó : ij (n) ij / nj (6) nguồn truyền dẫn, điểm chuyển tiếp và đích 
 sẽ lắng nghe, sau đó, trong phần khung thứ 2 
 ▪ Đa chặng 2N nguồn ở trạng thái im lặng và nút chuyển tiếp 
 Trong đa chặng 2N mỗi bên gửi trong truyền tới đích. Giả sử, các kênh truyền độc 
 tập hợp gửi một bản tin tới lập, xác suất dừng trên mỗi chặng được tính 
 D0, D1,...DN 1 như sau [10]: 
 các nút chuyển tiếp gần nó 
 R0 , R1 ,...RN 1




 (8) 
 
 Trong đó: và PDF của Y sẽ là: 
 Y 1 u rrd
 Tạp Chí Khoa Học Giáo Dục Kỹ Thuật Số 61 (12/2020) 
 Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. Hồ Chí Minh 13 
 (9) 
2.2.3. Lý thuyết về BER trong hệ thống  
 y  P2 h y n (11) 
truyền thông đa chặng r ,d 2 r ,d s,r r ,d 
 P1 hs ,r N0 
 Mô hình mô phỏng BER của hệ thống 
đa chặng (mô hình tuyến tính) sử dụng nút Thể hiện cụ thể từ nút nguồn đến nút 
chuyển tiếp với kỹ thuật AF (Amplify-and- đích ta được: 
Forward). Giả sử các điểm đầu cuối là cố 
định, khoảng các từ nguồn đến đích là d, hệ  PP '
 y 1 2 h h x n  (12) 
thống đa chặng sử dụng (N-1) nút nên được r ,d 2 r ,d s,r s r ,d 
 P h N 
chia thành N chặng với khoảng cách bằng 1 s ,r 0
nhau và bằng (d/N) [11]. 
 '
 Để xác định được mô hình đa chặng hợp Trong đó, n  P2 h n n (13) 
 r ,d r ,d s,r r ,d 
 2 
 P h
tác ta phải dựa vào mô hình 2 chặng hợp tác. 1 s,r N0 
Thông tin giữa trạm nguồn s và đích d liên 
lạc với nhau thông qua kênh chịu ảnh hưởng Tại nút đích sau khi nhận được 2 tín 
 hiệu thông qua 2 đường thì sẽ tổng hợp tín 
bởi Rayleigh fading là hệ số h nút chuyển 
 s,d hiệu bằng các MRC. Tín hiệu tại đầu ra của 
tiếp chia tuyến truyền dẫn giữa nguồn và bộ kết hợp MRC là [12]: 
đích thành 2 chặng với hệ số , . Với
 hs,r hr ,d y a y a y (14) 
giả định nhiễu AWGN (Additive white 1 s,d 2 r ,d 
Gaussian noise) trên 3 tuyến (s-d, s-r, r-d) có Các hệ số kết hợp nên được chọn sao 
mật độ phổ công suất là N0 và hệ số fading là cho SNR ngõ ra là cực đại [12]: 
độc lập nhau ( hs,d , hs,r , hr ,d ) [10,12]. 
 PP 
 1 2 h* h* 
 Khi đó tín hiệu nhận được tại đích và * 2 s,r r ,d 
 P h P h N 
chuyển tiếp là: a 1 sd ; a  1 s ,r 0 (15) 
 1 N 2 P h 2 
 y P h x n (10) 0 2 r ,d 1 N 
 s,r 1 s,r s s,r  2 0 
 P h
 y P h x n 1 s ,r N0 
 s,d 1 s,d s s,d 
 j2 
P1 là công suất phát của nguồn. Với   
 j 
 h , h là hệ số kênh truyền có phương sai N 0 
 s,d s,r 
là  2,  2 3. MÔ PHỎNG VÀ PHÂN TÍCH ĐÁNH 
 s,r s,d GIÁ 
 , là nhiễu Gauss có phương sai là N . 
 ns,r ns,d 0 3.1 Xác suất dừng 
Giả sử, n , n là độc lập ngẫu nhiên có 
 s,r r ,d Trong phần này, chúng tôi sử dụng một 
phương sai là:  P h 2 . mô hình đã được đề xuất để khảo sát, mạng 
  2 r ,d 1 N 
 P h 2 N 0 đa chặng N, di-1 gửi các gói tin trực tiếp tới di 
 trong chặng thứ i của mạng vô tuyến tuyến 
 1 s,r 0 
 tính thông thường. Việc sử dụng đa chặng 2N 
 Trong pha thứ 2. Nút chuyển tiếp hoặc Hop by Hop, một điểm chuyển tiếp 
khuếch đại tín hiệu nhận được từ nút nguồn được triển khai trong mỗi chặng với khoảng 
và truyền tới nút đích với công suất P2. Tín cách d =1/2, hệ số kênh truyền Rayleigh 
hiệu nhận được tại nút đích nhận từ nút fading hij có trị trung bình bằng 0 và phương 
chuyển tiếp là: 
 Tạp Chí Khoa Học Giáo Dục Kỹ Thuật Số 61 (12/2020) 
 14 Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. Hồ Chí Minh 
sai bằng 1, và hệ số u trong khe thời gian trong môi trường can nhiễu cao quan trọng 
TDMA được chọn bằng 1/2. Trong hình 6 hơn so với môi trường can nhiễu thấp và tốc 
trình bày kết xác suất dừng của 3 cách thức độ thấp quan trọng hơn tốc độ cao. Do đó, 
truyền dẫn với việc tái sử dụng và không tái HyH coop có khả năng cải thiện thông lượng 
sử dụng tần số không gian. dự kiến trong điều kiện tốc độ và SNR thấp. 
 Hình 6. Xác suất dừng theo giá trị SNR của Hình 7. Thông lượng dự kiến thay đổi theo 
 liên kết gửi - nhận 
 tốc độ mã hóa với SNRsd khác nhau 
 Với kết quả từ hình 6, ta có thể nhận xét 
rằng với việc không tái sử dụng không gian 
thì xác suất dừng giảm khi giá trị SNR tăng. 
Tuy nhiên, khi tiến hành việc tái sử dụng tần 
số không gian thì chúng ta có thể nhận thấy 2 
khuynh hướng. Xác suất dừng giảm khi SNR 
tăng với điều kiện nhiễu bị giới hạn nghĩa là 
công suất can nhiễu có thể bỏ qua khi được 
so sánh với công suất nhiễu, xác suất dừng là 
độc lập với các giá trị SNR nhưng phụ thuộc 
vào số chặng tái sử dụng Q. Xác suất dừng 
giảm theo Q, bởi vì can nhiễu đồng kênh cao 
hơn khi Q nhỏ như vậy so sánh với các kết 
quả ở [16, 17] là chấp nhận được. 
 So sánh 3 phương thức truyền dẫn ta 
thấy HyH (1/2,1/2) có xác suất dừng nhỏ Hình 8. Thông lượng dự kiến thay đổi theo 
nhất nếu tốc độ truyền dẫn thấp, trong khi đa tốc độ mã hóa với SNRsd khác nhau 
chặng N thể hiện HyH-coop không tối ưu khi 3.2 Mô phỏng Ber 
tốc độ mã hóa cao, độc lập với các thông số 
tái sử dụng tần số Q. Kết quả mô phỏng với 106 bit ngẫu 
 nhiên, sử dụng điều chế BPSK cho các kênh 
 Hình 7 và hình 8 trình bày thông lượng Rayleigh fading. 
dự kiến trong điều kiện SNR thấp và cao 
tương ứng. Qua hình vẽ ta có thể nhận định Nhìn vào kết quả mô phỏng trong hình 
rằng lợi ích của việc phân tập là vô cùng 9, ta thấy rằng: khi số chặng tăng lên thì BER 
quan trọng và trong điều kiện SNR thấp thì cũng tăng theo nhưng vẫn còn nhỏ hơn so với 
lại càng quan trọng hơn so với SNR cao, đường truyền trực tiếp và tỷ lệ tăng BER 
 Tạp Chí Khoa Học Giáo Dục Kỹ Thuật Số 61 (12/2020) 
 Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. Hồ Chí Minh 15 
không đều khi số chặng tăng. Nguyên nhân kỹ thuật tiên tiến được mô tả là cần thiết để 
tăng BER là do hệ thống sử dụng chuyển tiếp quản lý và kiểm soát sự can nhiễu và sự phân 
AF sẽ dẫn đến việc tăng nhiễu tại các điểm phối các lợi ích đầy đủ của mạng như vậy, 
chuyển tiếp nếu thay bằng DF thì tỷ lệ BER phạm vi mở rộng cho phép nhiều thiết bị đầu 
sẽ giảm. cuối được hưởng lợi trực tiếp từ các trạm gốc 
 công suất thấp như là pico, femto hay chuyển 
 tiếp. 
 Hình 9. BER cho hệ thống đa chặng sử dụng 
 phương pháp BPSK. Hình 10. BER của hệ thống 2 chặng với kỹ 
 Để đánh giá tốt hơn tỷ lệ BER của một thuật chuyển tiếp AF. 
hệ thống 2 chặng hợp tác ta có thể tăng giá trị LỜI CẢM ƠN 
để SNR ngưỡng. Như hình 10, ta thấy nếu độ 
lợi tăng thì tỷ lệ BER giảm theo và nhỏ hơn Chúng tôi xin chân thành cảm ơn quý 
đường truyền thẳng. Điều này cũng chứng thầy cô trong bộ môn Máy tính – Viễn 
minh rằng độ lợi có ích cho việc phân tập. Thông, Khoa Điện – Điện Tử, trường Đại 
 học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM đã có những 
4. KẾT LUẬN chia sẻ và đóng góp trong quá trình viết 
 Nghiên cứu này thảo luận về sự cần thiết nghiên cứu này. 
của mô hình triển khai thay thế hoặc cấu trúc 
liên kết sử dụng mạng không đồng nhất, các 
 TÀI LIỆU THAM KHẢO 
[1] A. Sheikholeslami, M. Ghaderi, D. Towsley, B. A. Bash, S. Guha and D. Goeckel, 
 “Multi-hop routing in covert wireless networks,” IEEE Trans. Wireless Commun., vol. 
 17, no. 6, pp. 3656-3669, June 2018 
[2] S. Sagong, J. Lee and D. Hong, "Capacity of Reactive DF Scheme in Cognitive Relay 
 Networks", IEEE Trans. on Wire. Commun., vol. 10, no.10, pp. 3133 - 3138, Oct. 2011. 
[3] J. Si, Z, Li , J. Chen, P. Qi and H. Huang, " Performance Analysis of Adaptive 
 Modulation in Cognitive Relay NetworksWith Interference Constraints", In Proc. of 
 IEEE Wireless Communications and Networking Conference (WCNC), pp. 2631 - 2636, 
 May 2012. 
[4] J. Lee, H. Wang, J.G. Andrews, D. Hong, "Outage Probability of Cognitive Relay 
 Networks with Interference Constraints", IEEE Trans. on Wire. Commun., 10, pp. 390- 
 395, Feb. 2011. 
 Tạp Chí Khoa Học Giáo Dục Kỹ Thuật Số 61 (12/2020) 
 16 Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. Hồ Chí Minh 
[5] T. T. Duy and H.Y. Kong, "Performance Analysis of Incremental Amplifyand-Forward 
 Relaying Protocols with Nth Best Partial Relay Selection under Interference Constraint", 
 Wireless Personal Communications (WPC), vol.71, no. 4, pp. 2741-2757, Aug. 2013. 
[6] T. T. Duy and H.Y. Kong, "Adaptive Cooperative Decode-and-Forward Transmission 
 with Power Allocation under Interference Constraint", Wireless Personal 
 Communications (WPC), vol. 74, no. 2, pp. 401-414, Jan. 2014. 
[7] T. T. Duy and V.N.Q. Bao, "Outage performance of cooperative multihop transmission 
 in cognitive underlay networks", ComManTel 2013, HCM City, Viet Nam, Jan. 2013. 
[8] T. T. Duy and V.N.Q. Bao, "Multi-hop Transmission with Diversity Combining 
 Techniques Under Interference Constraint", The 2013 ATC Conference, HCM City, 
 Viet Nam, pp. 131-135, Oct. 2013. 
[9] Cooperative Communication for Spatial Frequency Reuse Multihop Wireless Network 
 under Slow Rayleigh Fading; Liping Wang, Viktoria Fodor and Mikael Skoglund; 
 2011; IEEE IC. 
[10] F.H. Tha’er, H.B. Salameh, and T. Aldalgamouni, “Performance study of multi-hop 
 communication systems with decodeand-forward relays over α- µ fading channels,” IET 
 Communications, vol. 11, no. 10, pp. 1641–1648, 2017. 
[11] S. Kumar, “Performance of ED based spectrum sensing over α–η–µ fading channel,” 
 Wireless Personal Communications, vol. 100, no. 4, pp. 1845–1857, 2018 
[12] J. Yao, X. Zhou, Y. Liu and S. Feng, “Secure transmission in linear multihop relaying 
 networks,” IEEE Trans. Wireless Commun., vol. 17, no. 2, pp. 822-834, Feb. 2018. 
[13] B. Kumbhani and R. S. Kshetrimayum, MIMO Wireless Communications over 
 Generalized Fading Channels. CRC Press, 2017 
[14] H. Chergui, M. Benjillali, and M.-S. Alouini, “Rician k-factor-based analysis of xlos 
 service probability in 5G outdoor ultra-dense networks,” arXiv preprint 
 arXiv:1804.08101, 2018 
[15] Using Cooperative Transmission in Wireless Multihop Network; Liping Wang, Viktoria 
 Fodor and Mikael Skoglund; Royal Institute of Technology, Stockholm, Sweden. 
[16] Kỹ thuật chuyển tiếp (Amplify and Forward) của hệ thống truyền thông đa chặng; Đỗ 
 Thị Minh Quế, Hà Nội- 2013; Học Viện Công Nghệ Bưu Chính Viễn Thông. 
[17] Xác suất dừng của mạng vô tuyến nhận thức sử dụng kỹ thuật khuếch đại và chuyển tiếp 
 dưới ràng buộc can nhiễu; Đỗ Văn Bình, Nguyễn Khoa Văn Trường; 2016; Trường Đại 
 học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh. 
 Tác giả chịu trách nhiệm bài viết: 
Họ tên: Trương Ngọc Hà 
Đơn vị: Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.Hồ Chí Minh 
Email: hatn@hcmute.edu.vn