nghiên cứu kỹ thuật kết hợp chuyển tiếp và giữ trong hệ thống truyền thông hợp tác

76 2.3K 66
nghiên cứu kỹ thuật kết hợp chuyển tiếp và giữ trong hệ thống truyền thông hợp tác

Đang tải... (xem toàn văn)

Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống

Thông tin tài liệu

Lời cam đoan i Lời cam đoan Em xin cam đoan nội dung của đồ án này không phải là bản sao chép của bất cứ đồ án hoặc công trình đã có từ trước. Nếu vi phạm em xin chịu mọi hình thức kỷ luật của Khoa. Sinh viên thực hiện Phân chia công việc trong nhóm ii Phân chia công việc trong nhóm Nhóm đồ án: 1/ ………………………. 2/ ………………………. Sinh Viên Chương Chương 1 -Tổng quan về truyền thông hợp tác (khác với sinh viên Nguyễn Thế Tín) -Tổng quan về truyền thông hợp tác (khác với sinh viên Nguyễn Thanh Nhàn) Chương 2 -Nghiên cứu phần phân loại các kỹ thuật phân tập kết hợp. - Nghiên cứu phần các kỹ thuật phân tập kết hợp thường sử dụng trong truyền thông hợp tác. Chương 3 - Nghiên cứu phần hiệu năng của hệ thống SR hệ thống IRSR. - Nghiên cứu hiệu năng của kỹ thuật DSSC trong hệ thống SR. Chương 4 2 Sinh viên cùng thực hiện. Mục lục iii Mục lục Lời cam đoan i Phân chia công việc trong nhóm ii Mục lục iii Các từ viết tắt vi Lời nói đầu viii Chương 1: TỔNG QUAN VỀ TRUYỀN THÔNG HỢP TÁC 1 1.1 Giới thiệu chương 1 1.2 Tổng quan về truyền thông hợp tác (Cooperative Communication) 1 1.2.1 Nhu cầu phát triển của truyền thông vô tuyến 1 1.2.2 Kỹ thuật MIMO – Multi Input Multi Output 2 1.2.3 Truyền thông hợp tác – Cooperative Communication 3 1.3 Mô hình kênh chuyển tiếp các giao thức hoạt động của nút chuyển tiếp 5 1.3.1 Mô hình kênh chuyển tiếp ứng dụng trong truyền thông hợp tác 5 1.3.2 Các giao thức hoạt động của nút chuyển tiếp 8 1.3.2.1 Kỹ thuật giải mã chuyển tiếp (Decode-and-Forward: DF) 8 1.3.2.2 Kỹ thuật khuếch đại chuyển tiếp (Amplify-and-Forward: AF) 10 1.3.2.3 Các kỹ thuật chuyển tiếp thích nghi 12 1.3.2.4 Hợp tác mã hóa (Coded Cooperative: CC) 14 1.4 Ưu nhược điểm của truyền thông hợp tác 16 1.4.1 Ưu điểm 16 1.4.2 Nhược điểm 17 1.5 Kết luận chương 18 Chương 2 TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT PHÂN TẬP KẾT HỢP 19 2.1 Giới thiệu chương 19 2.2 Kỹ thuật phân tập kết hợp 19 2.3 Phân loại các kỹ thuật phân tập kết hợp 20 Mục lục iv 2.3.1 Kỹ thuật kết hợp lựa chọn (Selection Combining: SC) 20 2.3.2 Kỹ thuật kết hợp chuyển tiếp (Switched Combining) 21 2.3.3 Kỹ thuật kết hợp tỉ số tối đa (Maximal Ratio Combining: MRC) 22 2.3.4 Kỹ thuật kết hợp độ lợi cân bằng (Equal-gain Combining: EGC) 23 2.3.5 Một số dạng kỹ thuật phân tập kết hợp “lai ghép” khác 23 2.4 Các kỹ thuật phân tập kết hợp thường sử dụng trong hệ thống truyền thông hợp tác 23 2.4.1 Kỹ thuật kết hợp tỉ số tối đa phân bố (Distributed Maximal Ratio Coombining: DMRC) 24 2.4.2 Kỹ thuật kết hợp lựa chọn phân bố (Distributed SelectionCombining: DSC) 25 2.4.3 Kỹ thuật kết hợp chuyển tiếp giữ (Distributed Switch-and-Stay Combining: DSSC) 27 2.5 Nhận xét sơ lược về các kỹ thuật phân tập kết hợp ứng dụng trong truyền thông hợp tác 27 2.6 Kết luận chương 28 Chương 3: KỸ THUẬT KẾT HỢP CHUYỂN TIẾP GIỮ TRONG HỆ THỐNG TRUYỀN THÔNG HỢP TÁC 29 3.1 Giới thiệu chương 29 3.2 Kỹ thuật kết hợp chuyển tiếp (Switched Combining) 29 3.3 Kỹ thuật SSC trong hệ thống truyền thông hợp tác 30 3.4 Mô hình cơ bản nguyên tắc hoạt động của kỹ thuật DSSC 31 3.4.1. Điều kiện xảy ra quá trình chuyển nhánh thu 31 3.4.2. Xác suất được lựa chọn của mỗi nhánh thu 32 3.4.3. Hiệu năng của hệ thống sử dụng kỹ thuật DSSC 34 3.4.3.1 Xác suất lỗi bit 34 3.4.3.2 Xác suất dừng 35 3.4.3.3 Hiệu suất sử dụng phổ 35 3.5 Ứng dụng kỹ thuật DSSC vào hệ thống lựa chọn chuyển tiếp 36 Mục lục v 3.5.1 Hiệu năng của hệ thống Selection relaying network-SR (mạng lựa chon chuyển tiếp) 37 3.5.2 Mô hình hệ thống 37 3.5.3 Đánh giá hiệu năng 40 3.5.3.1 Kỹ thuật DSSC cho hệ thống SR 42 3.5.3.2 Kỹ thuật truyền gia tăng cho hệ thông SR 47 3.6 Kết luận chương 49 Chương 4 MÔ PHỎNG ĐÁNH GIÁ HỆ THỐNG 50 4.1 Giới thiệu chương 50 4.2 Kỹ thuật DSSC ứng dụng cho hệ thống lựa chọn chuyển tiếp 50 4.3 Kết luận chương 57 Kết luận hướng phát triển đề tài 58 Tài liệu tham khảo 59 Phụ lục A: Ý nghĩa hiệu 61 Phụ lục B: Một số code mô phỏng chủ yếu được sử dụng trong đồ án. 63 Các từ viết tắt vi Các từ viết tắt AF Amplify-and-Forword: Kỹ thuật khuếch đại chuyển tiếp BEP Bit Error Probability: Xác suất lỗi bit BER Bit Error Rate: Tỉ số lỗi bit CC Coded Cooperative: Kỹ thuật hợp tác mã hóa cdf Comulative Distribution Function: Hàm phân phối tích lũy CSI Channel State Informaition: Thông tin trạng thái kênh truyền DF Decode-and-Forword: Kỹ thuật giải mã chuyển tiếp DRPRS Dual-hop Partial Relay Selection: Hệ thống lựa chọn chuyển tiếp theo chặng DSC Distribution Selection Combining: Kỹ thuật kết hợp lựa chọn phân bố DSSC Distribution Switch-and-Stay Combining: Kỹ thuật kết hợp chuyển tiếp giữ phân bố IRSR Incremental Relaying for Selection Relaying network: Kỹ thuật truyền gia tăng sử dụng cho hệ thống lựa chọn chuyển tiếp M-QAM Multi Quadrature Amplitude Modulation: Điều chế biên độ cầu phương nhiều mức MIMO Multi Input Multi Output: Kỹ thuật sử dụng nhiều anten phát thu MRC Maximal Ratio Combining: Kỹ thuật kết hợp tỉ số tối đa. Các từ viết tắt vii OFDM Orthogonal Frequency Divition Multiplexing: Kỹ thuật ghép kênh phân chia theo tần số trực giao pdf Probability Density Function: Hàm mật độ xác suất QoS Quality Of Service: Chất lượng dịch vụ SC Selection Combining: kỹ thuật kết hợp lựa chọn SEC Switch and Examine Combining: Kỹ thuật kết hợp chuyển tiếp kiểm tra SER Symbol Error Rate: Tỉ số lỗi kí hiệu SNR Signal-to-Noise Ratio: Tỉ sô tín hiệu trên nhiễu SSC Switch and Stay Combining: Kỹ thuật kết hợp chuyển tiếp giữ SSCSR Switch and Stay Combining for Selection relaying network: Kỹ thuật kết hợp chuyển tiếp giữ sử dụng cho hệ thống lựa chọn chuyển tiếp Lời nói đầu viii Lời nói đầu Truyền thông liên lạc là một nhu cầu thiết yếu của bất kì một xã hội phát triển nào. Trong đó truyền thông vô tuyến đóng một vai trò rất quan trọng. Trong suốt 20 năm gần đây, truyền thông vô tuyến đã có những bước phát triển vượt bậc được dự đoán sẽ còn tiếp tục phát triển hơn nữa. Với sự triển khai các dịch vụ như truyền thông di động, ứng dụng truyền hình di động…, chúng ta đang chứng kiến nhu cầu ngày càng tăng về tộc độ dữ liệu trong hệ thống di động tế bào thế hệ thứ 3 (3G) điều này tạo nên xu hướng tiến lên các thế hệ tiếp theo. Công nghệ “truyền thông hợp tác” trong những năm gần đây đã được những nhà nghiên cứu quan tâm đã có những phương án triển khai cho công nghệ mới mẻ này trong tương lai gần. Cùng với các công nghệ mới như “vô tuyến thông minh”, truyền thông hợp tác sẽ là những cơ sở tốt để các nhà sản xuất lựa chọn phương thức truyền thông cho công nghệ 5G trong tương lai. Đồ án này sẽ đưa ra cái nhìn sơ lược về hệ thống truyền thông hợp tác, kỹ thuật phân tập kết hợp phần trọng tâm sẽ là đi sâu vào tìm hiểu kỹ thuật kết hợp “chuyển tiếp giữ” ứng dụng rong hệ thống truyền thông hợp tác. Nội dung đồ án gồm có 4 chương:  Chương 1: Tổng quan về hệ thống truyền thông hợp tác  Chương 2: Tổng quan kỹ thuật phân tập kết hợp  Chương 3: Kỹ thuật kết hợp chuyển tiếp giữ trong truyền thông hợp tác  Chương 4: Mô phỏng đánh giá hệ thống Chương 1: Tổng quan về truyền thông hợp tác Page 1 Chương 1: TỔNG QUAN VỀ TRUYỀN THÔNG HỢP TÁC 1.1 Giới thiệu chương Chương đầu tiên của đồ án này sẽ đưa ra cái nhìn tổng quát về các khái niệm “truyền thông hợp tác”, “nút chuyển tiếp relay”, “kênh chuyển tiếp”, cũng như các giao thức, kỹ thuật hoạt động phổ biến của nút chuyển tiếp, một số ưu nhược điểm của truyền thông hợp tác cũng sẽ được nêu lên một cách tóm tắt. 1.2 Tổng quan về truyền thông hợp tác (Cooperative Communication) 1.2.1 Nhu cầu phát triển của truyền thông vô tuyến Truyền thông vô tuyến đã có những bước phát triển vượt bậc trong suốt 20 năm gần đây được dự đoán sẽ còn tiếp tục phát triển hơn nữa. Với sự triển khai các dịch vụ như truyền thông di động, ứng dụng truyền hình di động… Chúng ta đang chứng kiến nhu cầu ngày càng tăng về tốc độ dữ liệu trong hệ thống di động tế bào thế hệ thứ 3 (3G) điều này tạo nên xu hướng tiến lên các thế hệ tiếp theo. Mặt khác, hiệu năng truyền dẫn của các dịch vụ có nhu cầu về băng thông kể trên phải đối mặt với những hạn chế cơ bản do sự suy yếu tín hiệu gây ra bởi kênh truyền vô tuyến. Đặc biệt, khi tín hiệu đi từ phía phát đến phía thu, sự truyền sóng điện từ phải chịu ảnh hưởng của các yếu tố như phản xạ, nhiễu xạ tán xạ. Thêm vào đó, truyền đa đường gây nên những sự thăng giáng nhanh chóng của biên độ, pha làm trễ thường dẫn đến hiện tượng fading. Những sự suy yếu trên có thể bù đắp bằng nhiều cách như tăng công suất phát, mở rộng băng thông hay sử dụng các loại mã hóa sửa sai ECC (Error Control Coding). Tuy nhiên, công suất băng thông là những tài nguyên vô tuyến có giới hạn khá “đắt đỏ”. Trong khi đó, việc sử dụng các loại mã hóa sửa sai sẽ làm hạn chế tốc độ truyền dẫn. Vì thế, việc có được một luồng truyền dữ liệu tốc độ cao đáng tin cậy qua những kênh truyền vô tuyến nhạy với lỗi là một thách thức lớn đối với việc thiết kế các hệ thống vô tuyến. Chương 1: Tổng quan về truyền thông hợp tác Page 2 Đạt được tốc độ truyền cao hơn, độ tin cậy truyền dẫn cao hơn, đó là hai nhu cầu chính trong sự phát triển của truyền thông vô tuyến. Có thể đạt được hai yếu tố trên mà không cần phải nâng công suất truyền hay băng thông cần thiết, đó là nhờ áp dụng độ lợi phân tập (diversity gain) độ lợi ghép kênh (multiplexing gain) bằng cách sử dụng các kỹ thuật phân tập như thời gian, tần số, không gian… Trong đó, phân tập không gian có thể đạt được cả độ lợi phân tập ghép kênh. Ứng dụng tiêu biểu chính là kỹ thuật MIMO. 1.2.2 Kỹ thuật MIMO – Multi Input Multi Output MIMO được xây dựng dựa trên chuẩn 802.11g 802.11n của Viện kỹ thuật Điện Điện tử (Institute of Electrical and Electronic Engineers - IEEE), thường được sử dụng kết hợp với kỹ thuật ghép kênh phân chia theo tần số trực giao (Orthogonal Frequency Division multiplexing - OFDM). Các nhà cung cấp dịch vụ truyền thông hiện đã đang tiêu chuẩn hóa MIMO để đưa vào sử dụng trong các chuẩn của mạng 3G như HSDPA (High Speed Downlink Packet Access). Với hệ thống MIMO, nhiều anten được sử dụng tại hai đầu thu phát của đường truyền vô tuyến, có thể nâng cao đáng kể tốc độ dữ liệu độ tin cậy của mạng vô tuyến. Việc sử dụng nhiều anten thu ở phía phát thu cho phép tín hiệu truyền có thể đi theo các đường truyền độc lập nhau. Do đó, nhiều bản sao của cùng một tín hiệu sẽ cùng đến phía thu. Các phiên bản này sẽ được kết hợp để xác định tín hiệu nguyên thủy đã truyền đi góp phần chống lại ảnh hưởng của fading. Khác với phân tập thời gian hay tần số, hiệu suất sử dụng băng thông không bị ảnh hưởng, năng lượng được chia sẻ trên các anten truyền. Dung lượng hệ thống được cải thiện bằng độ lợi ghép kênh không gian. [...]... tiếp Các kỹ thuật hay cách thức hoạt động của nút chuyển tiếp là cách thức mà nút chuyển tiếp xử lý thông tin tiếp nhận từ nút nguồn chuyển tiếp về phía nút đích còn gọi là các kỹ thuật chuyển tiếp Hai kỹ thuật chuyển tiếp phổ biến thường được sử dụng nhiều trong các hệ thống truyền thông hợp tác: ► Kỹ thuật giải mã -và -chuyển tiếp (Decode-and-Forward hay DF) ► Kỹ thuật khuếch đại -và -chuyển tiếp (Amplify... đến kỹ thuật DSC dựa vào só sánh tỉ số SNR hơn Ở chương sau, một hệ thống kết hợp giữa kỹ thuật DSSC hệ thống SR sẽ được xem xét đến 2.4.3 Kỹ thuật kết hợp chuyển tiếp giữ (Distributed Switch-and-Stay Combining: DSSC) Kỹ thuật này sẽ được xem xét vào chương sau cho một số trường hợp cụ thể 2.5 Nhận xét sơ lược về các kỹ thuật phân tập kết hợp ứng dụng trong truyền thông hợp tác ► Về hiệu năng: kỹ. .. khái niệm về kỹ thuật phân tập kết hợp đã được đề cập Phân tập kết hợp là một công cụ tuyệt vời có thể được ứng dụng trong các hệ thống truyền thông vô tuyến để làm giảm bớt ảnh hưởng của fading, chỉ ra phương thức mà tín hiệu từ các nhánh phân tập được kết hợp Các phân loại của kỹ thuật phân tập kết hợp như kỹ thuật kết hợp lựa chọn, kỹ thuật kết hợp tỉ số tối đa, kỹ thuật kết hợp chuyển tiếp cũng đã... là hệ số kênh truyền giữa nút nguồn nút đích, nút nguồn nút chuyển tiếp, nút chuyển tiếp nút đích  , , , , , tương ứng là nhiễu trên các kênh truyền giữa nút nguồn nút đích, nút nguồn nút chuyển tiếp, nút chuyển tiếp nút đích Phía nút đích sẽ kết hợp cả tín hiệu nhận được từ nút nguồn nút chuyển tiếp, sử dụng kỹ thuật MRC Ngõ ra của bộ kết hợp sẽ là: = , , , + (2.3) , 2.4.2 Kỹ thuật. .. của truyền thông hợp tác vào các mạng vô tuyến như mạng thông tin di động [2] là cực kì hứa hẹn Hình 1.2: Truyền thông hợp tác Page 4 Chương 1: Tổng quan về truyền thông hợp tác 1.3 Mô hình kênh chuyển tiếp các giao thức hoạt động của nút chuyển tiếp 1.3.1 Mô hình kênh chuyển tiếp ứng dụng trong truyền thông hợp tác Hình 1.3: Mô hình kênh chuyển tiếp ba đầu cuối Được giới thiệu lần đầu tiên vào... công nghệ 5G trong tương lai Page 18 Chương 2: Tổng quan về kỹ thuật phân tập kết hợp Chương 2 TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT PHÂN TẬP KẾT HỢP 2.1 Giới thiệu chương Ở chương này, ta sẽ tìm hiểu một cách tổng quát về kỹ thuật phân tập kết hợp, sự phân loại của nó cũng như một số ví dụ về sự ứng dụng của kỹ thuật này trong hệ thống truyền thông hợp tác 2.2 Kỹ thuật phân tập kết hợp Những nhà thiết kế hệ thống truyền. .. Tổng quan về truyền thông hợp tác Hình 1.5: Kỹ thuật AF 1.3.2.3 Các kỹ thuật chuyển tiếp thích nghi Các kỹ thuật AF DF đơn thuần được gọi là các kỹ thuật chuyển tiếp cố định (fixed relaying) Bởi vì nút thực hiện chức năng chuyển tiếp luôn luôn tham gia vào quá trình truyền thông hợp tác cho dù điều kiện kênh truyền có ra sao đi nữa Thực tế là không phải lúc nào quá trình truyền thông hợp tác cũng mang... hiệu suất của hệ thống ► Một hệ thống truyền thông hợp tác đòi hỏi các yêu cầu cao hơn về điều khiển truy nhập, đồng bộ, lập lịch, các biện pháp bảo mật so với các hệ thống truyền thông truyền thống Ngoài ra còn phải xem xét đến vấn đề truyền thông hợp tác óc thể gây xuyên nhiễu đến đường truyền trực tiếpTruyền thông hợp tác thường bao gôm bước tiếp nhận xử lý gói tin tại nút chuyển tiếp trước khi... thuật kết hợp lựa chọn phân bố (Distributed SelectionCombining: DSC) DSC cơ bản là kỹ thuật SC được ứng dụng vào hệ thống truyền thông hợp tác Ta xem xét một hệ thống truyền hợp tác gồm 1 nút D, 1 nút nguồn S N nút chuyển tiếp sử dụng kỹ thuật DF, hỗ trợ cho việc truyền dẫn từ nút đích đến nút nguồn Điểm mấu chót của kỹ thuật DSC là xác định ra được nút chuyển tiếp tốt nhất ở mỗi khe thời gian truyền. .. tối đa, kỹ thuật kết hợp chuyển tiếp cũng đã được đề cập đến Ngoài ra, một số ví dụ của các kỹ thuật trên khi sử dụng trong hệ thống truyền thông hợp tác cũng đã được nêu ra Ở chương tiếp theo, kỹ thuật kết hợp chuyển tiếp giữ các ứng dụng của nó trong một số hệ thống truyền thông hợp tác sẽ được xem xét kỹ lưỡng hơn Page 28 . 3: KỸ THUẬT KẾT HỢP CHUYỂN TIẾP VÀ GIỮ TRONG HỆ THỐNG TRUYỀN THÔNG HỢP TÁC 29 3.1 Giới thiệu chương 29 3.2 Kỹ thuật kết hợp chuyển tiếp (Switched Combining) 29 3.3 Kỹ thuật SSC trong hệ thống. quan kỹ thuật phân tập kết hợp  Chương 3: Kỹ thuật kết hợp chuyển tiếp và giữ trong truyền thông hợp tác  Chương 4: Mô phỏng và đánh giá hệ thống Chương 1: Tổng quan về truyền thông hợp tác. vào tìm hiểu kỹ thuật kết hợp chuyển tiếp và giữ ứng dụng rong hệ thống truyền thông hợp tác. Nội dung đồ án gồm có 4 chương:  Chương 1: Tổng quan về hệ thống truyền thông hợp tác  Chương

Ngày đăng: 17/06/2014, 17:48

Từ khóa liên quan

Tài liệu cùng người dùng

  • Đang cập nhật ...

Tài liệu liên quan