Đánh giá phẩm chất mạng chuyển tiếp song công hai chiều trên cùng băng tần dưới tác động của phần cứng không lý tưởng
Tóm tắt: Bài báo này phân tích phẩm chất mạng chuyển tiếp song công hai chiều trên cùng băng tần với phần cứng không lý tưởng, trong đó nút chuyển tiếp sử dụng giao thức khuếch đại-Và-chuyển tiếp. Xác suất dừng, xác suất lỗi ký hiệu được tìm ra để đánh giá phẩm chất hệ thống. Trên cơ sở đó, để nâng cao phẩm chất hệ thống, chúng tôi tìm ra biểu thức phân bổ công suất tối ưu cho hai nút đầu cuối và nút chuyển tiếp. Kết quả phân tích đã làm rõ mức độ ảnh hưởng của lỗi phần cứng và nhiễu tự giao thoa đến phẩm chất hệ thống khi so sánh với hệ thống lý tưởng và hệ thống bán song công truyền thống. Bên cạnh đó, mô phỏng Monte Carlo được thực hiện để minh chứng cho sự đúng đắn của kết quả phân tích
Trang 1
Trang 2
Trang 3
Trang 4
Trang 5
Trang 6
Trang 7
Trang 8
Trang 9
Tóm tắt nội dung tài liệu: Đánh giá phẩm chất mạng chuyển tiếp song công hai chiều trên cùng băng tần dưới tác động của phần cứng không lý tưởng
so chiều để với nâng hệ trong thống cao trường HD phẩm lý tưởng hợpchất thì cóhệ hệ lỗithống, thống phần FD chúng cứng. tôi KhoângLyù töôûng lyù töôûng (moâ phoûng)(moâ phoûng) không lý tưởng có phẩm chất kém hơn nhiều và sớm đạt 33.5 đưa ra giá trị phân bổ công suất tối ưu cho hai nút đầu KhoângLyù töôûng lyù töôûng (lyù thuyeát) (lyù thuyeát) tớiĐồng mức bãothời, hòa để khi nâng công cao suất phẩm phát đủchất lớn. hệ Vì thống, vậy, ngoài chúng tôi Khoâng lyù töôûng (moâ phoûng) 2.5 3 việcđưacuối thực ra và hiệngiá nút trị tốt chuyểnphân các kỹ bổ thuậttiếp. công để Kết suất triệt quả nhiễutối ưuphân tự cho giao tích hai thoa đãnút chứng đầu Khoâng lyù töôûng (lyù thuyeát) chominh truyền sự thông ảnh hưởng song công của trên lỗi cùng phần băng cứng tần, và các nhiễu nhà tự giao 22.5 cuối và nút chuyển tiếp. Kết quả phân tích đã chứng sảnminhthoa xuất cầncònsự ảnh thực sót hưởng hiệnlại tốtđến của việc phẩm lỗi hạn phầnchế chất lỗi cứng phầnhệ thống và cứng nhiễu nhằmkhi tựso giao sánh 1.5 2 làm giảm tác động tới phẩm chất hệ thống, từ đó tạo tính với hệ thống lý tưởng, đặc biệt cho hệ thống truyền khảthoa thi chocòn truyền sót lại thông đến song phẩm công chất trên hệ cùng thống băng khi tần. so sánh 11.5 4 Thoâng löôïng (bit/s/Hz) Thoâng thoáng heä 3 vớidẫn hệtốc thống độ cao. lý So tưởng, với hệ đặc thống biệt cholý tưởng, hệ thống hệ thống truyền có 0.5 1 4 TÀI LIỆU THAM KHẢO Thoâng löôïng (bit/s/Hz) Thoâng thoáng heä dẫnphần tốc cứng độ cao. không So với lý hệ tưởng thống có lý phẩm tưởng, chất hệ thốngkém có hơn 2 3 [1] D. Choi and J. H. Lee, “Outage probability of two-way full- 00.5 0 5 2 10 15 20 25 30 35 40 phầnnhiềuduplex cứng lần, relaying nhất không with là imperfect lý trong tưởng trường channel có phẩm state hợp information,” hệ chất số kém méo hơn dạng Tæ soá SNR trung bình [dB] IEEE Communications Letters, vol. 18, no. 6, pp. 933–936, 0 0 5 10 15 20 25 30 35 40 nhiềulớn.June Bên 2014.lần, cạnh nhất đó, là trongso với trường hệ thống hợp HD, hệ lý số tưởng méo dạngthì hệ Tæ soá SNR trung bình [dB] HìnhHình 6. 6.Thông Thông lượng hệ hệ thống thống theo theo sự thay sự đổithaySNR đổivà SNR tốc độ . [2]lớn.thống H. Bên Cui, FD, M.cạnh Ma,không đó, L. so Song, lý với tưởng and hệ B.thống có Jiao, phẩmHD, “Relay lý chất selection tưởng kém thì hệ hơn truyền dẫn khác nhau. for two-way full duplex relay networks with amplify-and- 0 Hình 106. Thông lượng hệ thống theo sự thay đổi SNR . thốngnhiềuforward và FD, protocol,” sớm không đạtIEEE tới lý Transactions tưởngmức bão có onhòa phẩm Wireless khi chất công Commu- kém suất hơn phát nications, vol. 13, no. 7, pp. 3768–3777, Jul. 2014. 0 10 [3]nhiềuđủ A. lớn. Sabharwal, và Vì sớm vậy, P.đạt ngoài Schniter, tới mức việc D. Guo, bãothực D.hòa hiện W. khi Bliss,tốt công các S. Ran- kỹsuất thuật phát để đủgarajan, lớn. Vì and vậy, R. ngoài Wichman, việc “In-band thực hiện full-duplex tốt các wireless: kỹ thuật để -1 triệt nhiễu tự giao thoa cho truyền thông song công 10 Challenges and opportunities,” IEEE Journal on Selected -1 triệttrênAreas cùng nhiễu in Communications băng tự giao tần, thoa các, vol. nhà cho 32, sản truyền no. 9,xuất pp. thông cần 1637–1652, thực song hiện công tốt 10 2014. [4]trênviệc D. cùng Bharadia,hạn chếbăng E. lỗi McMilin, tần, phần các and cứngnhà S. Katti, sản nhằm “Fullxuất làm duplex cần giảmthực radios,” hiệntác độngtốt -2 10 việctớiin phẩmProceedingshạn chế chất lỗi of hệ thephần thống, ACM cứng SIGCOMM từ nhằm đó Conference tạolàm tínhgiảm (SIG- khả tác thiđộng cho -2 COMM ’13) 10 . New York, USA: ACM, 2013, pp. 375–386. [5]tớitruyền Y. phẩm Y. Kang,thông chất B.-J. song hệ Kwak, thống,công and trên J. từ H. cùng đó Cho, tạo “Anbăn tính optimalg tần. khả full- thi cho -3 duplex af relay for joint analog and digital domain self- 10 Lyù töôûng (moâ phoûng) truyền thông song công trên cùng băng tần. Xaùc suaát loãi kyù hieäu (SEP) hieäu kyù loãi suaát Xaùc interference cancellation,” IEEE Transactions on Communi- -3 10 LyùLyù töôûng töôûng (lyù (moâ thuyeát) phoûng) cations, vol. 62, no. 8, pp. 2758–2772, 2014. Xaùc suaát loãi kyù hieäu (SEP) hieäu kyù loãi suaát Xaùc TÀI LIỆU THAM KHẢO KhoângLyù töôûng lyù töôûng (lyù thuyeát) (moâ phoûng) [6] D. Korpi, L. Anttila, V. Syrjal¨ a,¨ and M. Valkama, Khoâng lyù töôûng (lyù thuyeát) TÀI LIỆU THAM KHẢO -4 Khoâng lyù töôûng (moâ phoûng) [1]“Widely-linear D. Choi digital and self-interferenceJ. H. Lee, "Outage cancellation Probability in of 10 Khoâng lyù töôûng (lyù thuyeát) direct-conversion full-duplex transceiver,” arXiv preprint 0-4 5 10 15 20 25 30 35 40 [1] D.Two Choi-Way and Full J.- DuplexH. Lee, Relaying"Outage ProbabilityWith Imperfect of 10 arXiv:1402.6083, 2014. 0 5 10Tæ soá 15SNR trung20 bình 25[dB] 30 35 40 TwoChannel-Way Full-StateDuplex RelayingInformation," With ImperfectIEEE Tæ soá SNR trung bình [dB] [7] J. R. Krier and I. F. Akyildiz, “Active self-interference cancellationChannelCommunications of passband State signals Letters, usingInformation," gradientvol. 18, descent,” pp. 933IEEE-936, Hình 7. Xác suất lỗi ký hiệu tại S2 theo SNR . in Proceedings of the IEEE 24th International Symposium Hình 7. Xác suất lỗi ký hiệu tại S theo SNR . Communications2014. Letters, vol. 18, pp. 933-936, Hình 7. Xác suất lỗi ký hiệu tại S2 theo SNR2, với P1 = P2 = PR. on Personal2014. Indoor and Mobile Radio Communications [2](PIMRC) H. Cui, M. Ma, L. Song, and B. Jiao, "Relay Hình 7 minh họa phẩm chất lỗi ký hiệu tại S theo [2] H.. IEEE,Cui, 2013,M. Ma, pp. 1212–1216.L. Song, and B. Jiao, "Relay S2 [8] E. AhmedSelection and A. M. for Eltawil, Two “All-digital-Way self-interferenceFull Duplex Relay Hình 7 minh họa phẩm chất lỗi ký hiệu tại 2 theo Selection for Two-Way Full Duplex Relay SNRở vùng trungSNR bình,cao sử (trên dụng10 dBđiều) kết chế quả BPSK tính toán với hoàn k toàn0, 1 , cancellationNetworks technique With for full-duplex Amplify systems,”-and-ForwardIEEE Trans- Protocol," SNR trung bình, sử dụng điều chế BPSK với k 0, 1 , actionsNetworks onIEEE Wireless Transactions With Communications Amplify on Wireless,-and vol.-Forward 14, no.Communications, 7, Protocol," pp. đúng với kết quả mô phỏng. Đồng thời, với SNR = 40 dB, 3519–3532, 2015. 30dB và 1/3 (tức là PPP ). IEEEvol. 13, Transactions pp. 3768-3777, on Wireless 2014. Communications, hệ thống30dB vớivà lỗi phần cứng1/3 có SEP(tức cao là hơnPPP12R 10 lần so với ). [9] T. M. Kimvol. and 13, A. pp. Paulraj, 3768- “Outage3777, 2014. probability of amplify- hệ thống lý tưởng. 12R [3]and-forward A. Sabharwal, cooperation withP. Schniter, full duplex D. relay,”Guo, inD. Pro-W. Bliss, S. Trong đó, đường lý thuyết thể hiện kết quả ở biểu thức [3]ceedings A. of Sabharwal, the Wireless P. Communications Schniter, D. Guo, and Networking D. W. Bliss, S. Trong đó, đường lý thuyết thể hiện kết quả ở biểu thức Rangarajan, and R. Wichman, "In-Band Full- (25) và (26). Ta thấy rằng, khi SNR thấp (dưới ConferenceRangarajan,Duplex (WCNC) Wireless:. IEEE,and Apr.R.Challenges Wi 2012,chman, pp. 75–79.and "In Opportunities,"-Band Full- SNR [10] C. H. de Lima, H. Alves, P. H. Nardelli, and M. Latva- (25VI.) và KẾT (26 LUẬN). Ta thấy rằng, khi thấp (dưới DuplexIEEE Wireless:Journal Challengeson Selected and Opportunities," Areas in 10dB) sự sai khác giữa phân tích lý thuyết và kết quả aho, “EffectsIEEE of relayJournal selection on strategies Selected on the spectralAreas in 10dB) sự sai khác giữa phân tích lý thuyết và kết quả efficiencyCommunications, of wireless systems vol. with 32, half-and pp. 1637 full-duplex-1652, 2014. Bằng phương pháp phân tích giải tích, biểu thức chính Communications, vol. 32, pp. 1637-1652, 2014. mô phỏng là khá lớn. Nhưng ở vùng SNR cao (trên [4]nodes,” IEEED. Bharadia, Transactions onE. VehicularMcMilin, Technology and ,S. vol. Katti, 66, "Full môxác phỏng và gần là đúng khá của lớn. xác Nhưng suất dừng ở vùng và xác suấtSNR lỗi cao ký hiệu(trên [4]no. 8, pp.D. 7578–7583,Bharadia, 2017. E. McMilin, and S. Katti, "Full duplex radios," in ACM SIGCOMM Computer 10dB)đã được kết đưa quả ra chotính hệ toán thống hoàn truyền toàn dẫn songđúng công với hai kết chiều quả [11] T. Riihonen,duplex S. Werner,radios," and in R.ACM Wichman, SIGCOMM “Hybrid full-Computer 10dB) kết quả tính toán hoàn toàn đúng với kết quả duplex/half-duplexCommunication relaying withRevi transmitew, 2013, power pp. adaptation,” 375-386. trong trường hợp có lỗi phần cứng. Đồng thời, để nâng cao Communication Review, 2013, pp. 375-386. mô phỏng. Đồng thời, với SNR=40dB, hệ thống với IEEE Transactions on Wireless Communications, vol. 10, môphẩm phỏng chất. Đồng hệ thống, thời, chúng với tôi SNR=40dB đưa ra giá trị, phân hệ thống bổ công với [5][5] Y.Y. Y.Y. Kang,Kang, B.B.-J.-J. Kwak,Kwak, andand J. J. H. H. Cho, Cho, "An "An no. 9, pp.optimal 3074–3085, full- Sept.duplex 2011. AF relay for joint analog and lỗilỗi phầnsuất phần tốicứng cứng ưu chocó có haiSEPSEP nút cao đầucao hơn cuốihơn 10 và10 nútlầnlần chuyển soso với tiếp. hệ thống Kết [12] J. Hu, F.optimal Liu, and full Y. Liu,-duplex “Achievable AF relay rate analysisfor joint of analog two- and quả phân tích đã chứng minh sự ảnh hưởng của lỗi phần way fulldigitaldigital duplex relaydomaindomain with joint selfself relay-interference-interference and antenna selection,” cancellation,"cancellation," lýlý tưởng. tưởng. in Proceedings of the IEEE Wireless Communications and cứng và nhiễu tự giao thoa còn sót lại đến phẩm chất hệ IEEEIEEE TransactionsTransactions onon Communications, Communications, vol. vol. 62, 62, Networkingpp. Conference2758-2772, (WCNC) 2014., March 2017, pp. 1–5. VVI.I thốngKẾT. KẾT khiLUẬN LUẬN so sánh với hệ thống lý tưởng, đặc biệt cho hệ [13] A. Koc,pp. I. Altunbas, 2758-2772, and A. 2014. Yongac¸oglu, “Outage probability [6] D. Korpi, L. Anttila, V. Syrjälä, and M. Valkama, Bằngthống truyền phương dẫn pháp tốc độ phân cao. So tích với hệ giải thống tích, lý tưởng, biểu thức hệ [6]of two-wayD. Korpi, full-duplex L. Antt af relayila, systemsV. Syrjälä, over and nakagami-m M. Valkama, Bằng phương pháp phân tích giải tích, biểu thức "Widely"Widely linear linear digital digital self self-interference-interference cancellation cancellation chínhchính xác xác và và gần gần đúng đúng xácxác suấtsuất dừng,dừng, xácxác suất lỗi ký33 inin directdirect--conversionconversion full full-duplex-duplex transceiver," transceiver," IEEE IEEE hiệuhiệu đã đã được được đưa đưa ra ra cho cho hệ hệ thống thống truyền truyền dẫn song - 1010 -- Các công trình nghiên cứu phát triển Công nghệ Thông tin và Truyền thông fading channels,” in Proceedings of the IEEE 84th Vehicular hardware impairments on rayleighproduct mimo channels Technology Conference (VTC-Fall). IEEE, 2016, pp. 1–5. with linear receivers: Exact and asymptotic analyses,” IEEE [14] X. Li, C. Tepedelenlioglu, and H. Senol, “Channel estimation Transactions on Communications, 2018. for residual self-interference in full duplex amplify-and- [26] O. Taghizadeh, A. C. Cirik, and R. Mathar, “Hardware im- forward two-way relays,” IEEE Transactions on Wireless pairments aware transceiver design for full-duplex amplify- Communications, vol. 16, no. 8, pp. 4970–4983, 2017. and-forward mimo relaying,” IEEE Transactions on Wireless [15] Y. Li, N. Li, M. Peng, and W. Wang, “Relay power control for Communications, vol. 17, no. 3, pp. 1644–1659, 2018. two-way full-duplex amplify-and-forward relay networks,” [27] Y. Liu, X. Xue, J. Zhang, X. Li, L. Dai, and S. Jin, IEEE Signal Processing Letters, vol. 23, no. 2, pp. 292–296, “Multipair massive mimo two-way full-duplex relay systems 2016. with hardware impairments,” in Proceedings of the IEEE [16] Y. Wang, Q. Jiang, Z. Chen, and B. Xia, “Outage probability Global Communications Conference (GLOBECOM). IEEE, of two-way full-duplex amplify-forward relay systems with 2017, pp. 1–6. asymmetric traffic requirements,” in Proceedings of the [28] A. Jeffrey and D. Zwillinger, Table of integrals, series, and International Conference on Wireless Communications & products. Academic press, 2007. Signal Processing (WCSP). IEEE, 2015, pp. 1–5. [17] G. Chen, P. Xiao, J. R. Kelly, B. Li, and R. Tafazolli, “Full-duplex wireless-powered relay in two way cooperative networks,” IEEE Access, vol. 5, pp. 1548–1558, 2017. [18] E. Fidan and O. Kucur, “Performance of transceiver antenna Nguyễn Bá Cao tốt nghiệp Trường Sĩ quan selection in two way full-duplex relay networks over rayleigh fading channels,” IEEE Transactions on Vehicular Technol- Thông tin năm 2006, nhận bằng Thạc sĩ tại ogy, 2018. Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông [19] A. Hyadi, M. Benjillali, and M. S. Alouini, “Outage per- năm 2011. Hiện nay, tác giả đang là nghiên formance of decode-and-forward in two-way relaying with cứu sinh năm thứ hai tại Khoa Vô tuyến outdated CSI,” IEEE Transactions on Vehicular Technology, điện tử, Học viện Kỹ thuật Quân sự. Lĩnh vol. 64, no. 12, pp. 5940–5947, 2015. vực nghiên cứu của tác giả là truyền thông [20] C. Li, Z. Chen, Y. Wang, Y. Yao, and B. Xia, “Outage analysis of the full-duplex decode-and-forward two-way re- song công, truyền thông hợp tác. lay system,” IEEE Transactions on Vehicular Technology, vol. 66, no. 5, pp. 4073–4086, May 2017. [21] C. Li, H. Wang, Y. Yao, Z. Chen, X. Li, and S. Zhang, “Outage performance of the full-duplex two-way DF relay system under imperfect CSI,” IEEE Access, vol. 5, pp. 5425– 5435, 2017. Trần Xuân Nam nhận bằng Thạc sĩ tại [22] C. Li, B. Xia, S. Shao, Z. Chen, and Y. Tang, “Multi- Đại học Công nghệ, Sydney, Úc, năm 1998; user scheduling of the full-duplex enabled two-way relay nhận bằng Tiến sĩ tại Đại học Điện tử - systems,” IEEE Transactions on Wireless Communications, vol. 16, no. 2, pp. 1094–1106, Feb. 2017. Truyền thông, Tokyo, Nhật Bản, năm 2006. [23] B. Zhong and Z. Zhang, “Secure full-duplex two-way relay- Hiện nay, tác giả đang là phó giáo sư và ing networks with optimal relay selection,” IEEE Communi- công tác tại Học viện Kỹ thuật Quân sự. Tác cations Letters, vol. 21, no. 5, pp. 1123–1126, May 2017. giả đã được tặng giải thưởng nhà nghiên [24] E. Bjornson, M. Matthaiou, and M. Debbah, “A new look cứu trẻ tại Nhật Bản năm 2003 và giải at dual-hop relaying: Performance limits with hardware im- thưởng bài báo xuất sắc nhất tại hội nghị ATC năm 2012. Tác pairments,” IEEE Transactions on Communications, vol. 61, no. 11, pp. 4512–4525, Nov. 2013. giả là thành viên của IEEE, IEICE và Hiệp hội Vô tuyến Điện tử [25] A. Papazafeiropoulos, S. Sharma, T. Ratnarajah, and Việt Nam. Lĩnh vực nghiên cứu của tác giả là ăng-ten thích ứng, S. Chatzinotas, “Impact of residual additive transceiver xử lý tín hiệu, mã hóa và hệ thống MIMO. 34
File đính kèm:
- danh_gia_pham_chat_mang_chuyen_tiep_song_cong_hai_chieu_tren.pdf