Đang tải... (xem toàn văn)
PHÂN TÍCH THÔNG LƯỢNG và xác SUẤT DỪNG CHO hệ THỐNG MẠCH CHUYỂN TIẾP HAI CHẶNG bán SONG CÔNG .............. PHÂN TÍCH THÔNG LƯỢNG và xác SUẤT DỪNG CHO hệ THỐNG MẠCH CHUYỂN TIẾP HAI CHẶNG bán SONG CÔNG ..............
PHÂN TÍCH THƠNG LƯỢNG VÀ XÁC SUẤT DỪNG CHO HỆ THỐNG MẠCH CHUYỂN TIẾP HAI CHẶNG BÁN SONG CÔNG Page 2/26 MỤC LỤC PHÂN TÍCH THƠNG LƯỢNG VÀ XÁC SUẤT DỪNG CHO HỆ THỐNG MẠCH CHUYỂN TIẾP HAI CHẶNG BÁN SONG CƠNG Page 3/26 DANH MỤC HÌNH ẢNH DANH MỤC BẢNG BIỂU CHƯƠNG LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA HỆ THỐNG THƠNG TIN DI ĐỘNG 11 Tổng quan Thơng tin di động lĩnh vực quan tâm khơng ngừng cải tiến qua giai đoạn nhằm đáp ứng nhu cầu tương tác làm việc giải trí ngày cao người dùng Qua hệ từ 1G, 2G, 3G đến nay, Việt Nam triển khai 4G giới nghiên cứu 5G điều cho thấy tầm quan trọng mạng thơng tin di động, PHÂN TÍCH THƠNG LƯỢNG VÀ XÁC SUẤT DỪNG CHO HỆ THỐNG MẠCH CHUYỂN TIẾP HAI CHẶNG BÁN SONG CƠNG Page 4/26 Hình 1-1: Sự phát triển từ 1G đến 4G 12 Mạng thông tin động, 1G, 2G, 3G, 4G 12.1 Mạng không dây hệ 1G mạng không dây đầu tiên, giới thiệu vào năm 1980 chủ yếu phục vụ cho thoại mạng di động hệ thứ sử dụng công nghệ tương tự đa truy cập phân chia theo tần số FDMA Frequency Division Multile Access Các điện thoại di động có kích thước to thơ cồng kềnh, Hình 1-2: Điện thoại di động 1G Mạng 1G phân chia nhiều chuẩn AMPS, TACS, NMT PHÂN TÍCH THÔNG LƯỢNG VÀ XÁC SUẤT DỪNG CHO HỆ THỐNG MẠCH CHUYỂN TIẾP HAI CHẶNG BÁN SONG CƠNG Page 5/26 • • AMPS (Advanced Mobile Phone Services) triển khai Mỹ TACS (Tatal Access Communications Systems) phát triển Anh dựa tiêu chuẩn AMPS • N.M TNordic Mobile Telephone chuẩn dành cho nước Bắc Âu Ưu nhược điểm dịch vụ đơn thoại với chất lượng thấp bảo mật dễ bị nhiễu vùng phủ sóng hẹp 12.2 Mạng, 2G Là hệ kết nối thơng tin di động mang tính cải tiến khác hoàn toàn so với hệ 2G sử dụng tín hiệu kỹ thuật số, thay cho tín hiệu anolog hệ 1G Mạng 2G mang tới cho người sử dụng di động lợi ích mã hóa liệu theo dạng kỹ thuật số phạm vi kết nối rộng 1G đặc biệt xuất tin nhắn dạng văn đơn giản-SMS (Short Message Sevices Hình 1-3: Đ,iện thoại di động 2G Mạng 2G chia thành hai nhánh TDAM (Time Division Multiple Access) CDMA (Code Division Multiple Access ) nhiều dạng kết nối mạng tùy theo yêu cầu sử dụng từ thiết bị hạ tầng phân vùng quốc gia, PHÂN TÍCH THƠNG LƯỢNG VÀ XÁC SUẤT DỪNG CHO HỆ THỐNG MẠCH CHUYỂN TIẾP HAI CHẶNG BÁN SONG CÔNG Page 6/26 GSM (dựa TDMA) khơi nguồn áp dụng Phần Lan sau trở thành chuẩn phố biến, tồn Châu lục Và sử dụng 80% nhà cung cấp mạng di động toàn cầu C,DMA2000 - tần số 450 MHz tảng di động tương tự GSM dựa CDMA cung cấp 60 nhà mạng GMS toàn giới I.S-95 (Interim Standard-95) hay gọi, CDMAOne dựa tảng CDMA sử dụng rộng rãi Hoa Kỳ số nước Châu Á chiếm gần 17% mạng tồn cầu nhiên tính đến thời điểm có khoảng 12 nhà mạng chuyển dịch dần từ chuẩn mạng sang GS.M Ư.u điểm chất lượng thoại cải tiến dung lượng tăng bảo mật chống nhiễu tốt so với 1G Nhượcđiểm hỗ trợ dịch vụ số liệu hạn chế khơng thể xử lý liệu phức tạpv B, ước chuyển trung gian 2G 3G 2;5G (GPRS - General Packet Radio Service) 275G (EDGE - Enhanced Data Rates for GSM Evolution), 2p5G 2p75G dùng phương thức chuyển mạch gói giúp tăng tốc độ liệu nên dịch vụ đa phương tiện mở rộng 12.3 Mạng 3G Là hệ truyền thông thứ ba tiên tiến hẳn hệ trước Nó cho phép người dùng di động truyền tải liệu thoại liệu thoại tải liệu., gửi e.mail, tin nhắn nhanh., hình ảnh., âm thanh., video clips PHÂN TÍCH THƠNG LƯỢNG VÀ XÁC SUẤT DỪNG CHO HỆ THỐNG MẠCH CHUYỂN TIẾP HAI CHẶNG BÁN SONG CƠNG Page 7/26 Hình 1-4: Điện thoại di động 3G Công nghệ 3G nhắc đến chuẩn IMT - 2000 tổ chức viễn thông giới ITU hệ thống riêng biệt 3Gn • U.MTS (Universal Mobile Telecommunication System), dựa công nghệ truy cập vô tuyến W-CDMA giải pháp nói chung thích hợp vói nhà khai thác dịch vụ di động (Mobile network operator) sử dụng GSM UMTS tiêu chuẩn hóa tổ chức , 3GPP • CD.MA 2000: − Là hệ chuẩn 2G CDMA IS-95, CDMA 2000 quản lý 3GPP2 có nhiều cơng nghệ truyền thơng khác nhau, sử dụng CDMA 2000 bao gồm 1xRTT, CDMA 2000-1xEV-DO 1xEV-DV − CDMA 2000 cung cấp tốc độ liệu từ 144 kbit/s tới Mbit/s Chuẩn chấp nhận ITUw Ưu điểm: bảo mật tốt, dung lượng lớn, hỗ trợ thoại liệu tốt hơn, dịch vụ đa phương tiện mở rộng Nh.ược điểm: đòi hỏi băng tần rộng, chi phí cao ,3G hứa hẹn có tốc độ lên tới Mbps điều kiện lý tưởng nhiên thực tế tốc độ 348 Kbps, Do HSDPA HSUPA đời nhằm tăng tốc độ 3G, bước đệm tiến đến 4G PHÂN TÍCH THƠNG LƯỢNG VÀ XÁC SUẤT DỪNG CHO HỆ THỐNG MẠCH CHUYỂN TIẾP HAI CHẶNG BÁN SONG CÔNG Page 8/26 12.4 Mạng 4G 4G công nghệ truyền thông không giây hệ thứ tư, cho phép truyền tải liệu với tốc độ tối đa điều kiện lý tưởng lên tới 1-1.5 Gbit/s C.ông nghệ 4G hiểu chuẩn tương lai thiết bị không giây Các nghiên cứu NTT DoCoMo cho biết điện thoại 4G nhận liệu với tốc độ 100 Mbit/s di chuyển tới Gbit/s đứng yên cho phép người sử dụng tải truyền lên hình ảnh, video clips chất lượng cao Mục tiêu 4G: − − − − − − − Tốc độ 100 Mbit/s cho vùng rộng Gbit/s cho vùng hẹp Kết nối mạng hoàn tồn IP Thơng tin rộng lớn liên tục di chuyển Độ trễ thấp 3G Trễ kết nối thấp 500 ms Trễ truyền dẫn thấp 5ms Giá thành thấp hệ trước .Q trình nghiên cứu phát triển 3G có hướng: o o Tiến hành bời 3GPP tiến lên 4G thông qua 3G LTE Tiến lên 4G từ tản WiMAX PHÂN TÍCH THƠNG LƯỢNG VÀ XÁC SUẤT DỪNG CHO HỆ THỐNG MẠCH CHUYỂN TIẾP HAI CHẶNG BÁN SONG CƠNG Page 9/26 Hình 1-5: S.ự phát triển từ 3G lên 4G W.iMAX (Worldwide Interoperabilitity for Microwave Access) công nghệ dựa chuẩn IEEE 802.16 cho phép cung cấp dịch vụ truy nhập không dây lúc nơi Các sản phẩm WiMAX sử dụng loại hình cố định di động Chuẩn IEEE 802.16 phát triển để cung cấp kết nối khơng nằm tầm nhìn thẳng (NLoS) thuê bao trạm phát với bán kính phủ sóng Cell tứ đến 10 km WiMAX có chuẩn sau IEEE 802.16/ IEEE 802.16a/ IEEE 802.16b, IEEE 802.16c,… WiMAX cung cấp kết nối băng rộng lúc nơi cho loại thiết bị hệ thống mạng L TE cơng nghệ chuẩn hóa 3GPP (The Third Generation Partnership Project) Cả WiMAX LTE dùng công nghệ đa truy cập phân chia theo tần số trực giao OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access) Lợi LTE so với WiMAX phát triển từ hạ tầng GSM có sẵn, WiMAX mạng lưới hoàn toàn Ưuđiểm: dung lượng lớn, tốc độ cao nhiều so với 3G, phục vụ lúc nơi, Nhược điểm: tiêu hao pin thiết bị nhanh đòi hỏi thiết bị đại PHÂN TÍCH THƠNG LƯỢNG VÀ XÁC SUẤT DỪNG CHO HỆ THỐNG MẠCH CHUYỂN TIẾP HAI CHẶNG BÁN SONG CÔNG Page 10/26 13 Tóm tắt Bảng 1-1: Các đặc tính 1G, 2G, 3G, 4G Tên Thời gian đời Hệ thống Truy nhập vô tuyến Loại chuyển mạch Tốc độ liệu Đặc tính 1G First Generation 1980s 2G Second Generation 1993 3G Third Generation 2001 4G Fourth Generation 2009 AMPS, NMT, TACS FDMA GSM, IS-95 UMTS, CDMA2000 W-CDMA LTE, WiMAX Gói Gói Mbps Tăng tốc độ 100 Mbps Tốc độ cao Kênh 2.4 Kbps Giao tiếp không dây TDMA, CDMA Kênh + gói 14.4 Kbps Cơng nghệ số PHÂN TÍCH THƠNG LƯỢNG VÀ XÁC SUẤT DỪNG CHO HỆ THỐNG MẠCH CHUYỂN TIẾP HAI CHẶNG BÁN SONG CÔNG OFDMA Page 16/26 3.2 Đán h giá thông lượng vá xác dừng cho hệ thống b án song công (Halfduplex: HD) 3.2.1 Mơ hì.nh hệ thống M hình hệ thống chuyển tiếp bán song c ông gồm nút nút nguồn nút relay nút đíchGiả sử khơng có liên kết nút nguồn nút đích, thơng tin chuyển từ nguồn đến đích thơng qua giúp sức nút rel ay Cũng giả định nút relay có lượng lớn giới hạn hoạt động nhờ vào việc thu lượng từ nguồn yR xS R Relay xR yB A B Nguồn Đích Hình 3-1: Mơ hình hệ thống bán song cơng D ựa mơ hình hệ thống, tín hiệu nh ận relay đích sau: .Tí.n hiệu thu nút chuyển tiếp: (3.1) (3.2) Tr.ong đó: , : tín hiệu n.hận relay đích , : tín hiệu ph.át nguồn relay ,: hệ số kênh truyền , : nhiễ u tạp âm Gaussian (AWGN) relay đích với trung bình 0, phương sai PHÂN TÍCH THƠNG LƯỢNG VÀ XÁC SUẤT DỪNG CHO HỆ THỐNG MẠCH CHUYỂN TIẾP HAI CHẶNG BÁN SONG CÔNG Page 17/26 Q trình truyền thơng tin: Hình 3-2: Truyền thông tin hệ thống bán song công Q trìn h truyền thơng tin hệ thốn g chia thành hai giai đoạn: Giai đo.ạn 1: Relay thu lượng từ nguồn thời gian αT Giai đo.ạn 2: truyền thông tin k.hoảng thời gian (1-α)T Do hệ thống bá.n song công tr uyền nhận đồng thời, nên giai đ oạn truyền thông tin chia (1-α)T/2 dùng truyền t hông tin từ ngồn đến relay (1-α)T/2 dùng để truyền thơng tin từ rela y đến đích Năng lượng th u relay có cơng thức: =[+η] (3.3) = (3.4) Khi g suất relay : với, k= (3.5) Suy (3.6) T rong đó: α: hệ số thời gian chuyển đổi, với α1 T: th ời gian khung tín hiệu truyền từ S đến D PHÂN TÍCH THƠNG LƯỢNG VÀ XÁC SUẤT DỪNG CHO HỆ THỐNG MẠCH CHUYỂN TIẾP HAI CHẶNG BÁN SONG CÔNG Page 18/26 : hi ệu suất chuyển đổi lượng, với η1 công suất nguồn 3.2.2 C huyển tiếp AF Hệ số khuếch đại: Re lay nhận tín hiệu truyền đến đích Hệ số khu ếch đại G xác định sau: G= (3.7) == (3.8) Hay Tỉ số SNR SNR tỉ số bình phương tín hiệu bình phương nhiễu Từ tín hiệu nhận đích , ta thay =G tách th ành hai phần: tín hiệu nhiễu Từ xây dựng SNR hệ thống bán s, ong công với chuyển tiếp AF rút gọn (3.9) Tỷ số S NR hệ thống bán song công chyển tiếp AF: (3.10) Hay (3.11) Phần rút gọn 3.11 trình bày tron, g phụ lục A mục Xác suất dừng (3.12) Công thức cuối sa u chứng minh rút gọn: (3.13) Phần chứng minh 3.13 đư, ợc trình bày phục lục A mục PHÂN TÍCH THƠNG LƯỢNG VÀ XÁC SUẤT DỪNG CHO HỆ THỐNG MẠCH CHUYỂN TIẾP HAI CHẶNG BÁN SONG CÔNG Page 19/26 Thơng lượng =(1-) PHÂN TÍCH THƠNG LƯỢNG VÀ XÁC SUẤT DỪNG CHO HỆ THỐNG MẠCH CHUYỂN TIẾP HAI CHẶNG BÁN SONG CÔNG (3.14) Page 20/26 CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ MƠ PHỎNG VÀ NHẬN XÉT 4.1 Mơ hình m.ơ PHÂN TÍCH THƠNG LƯỢNG VÀ XÁC SUẤT DỪNG CHO HỆ THỐNG MẠCH CHUYỂN TIẾP HAI CHẶNG BÁN SONG CƠNG Page 21/26 Hình 4-1: Mơ hình mơ 4.2 Kết q uả mô nhận xét 4.2.1 Mô theo PHÂN TÍCH THƠNG LƯỢNG VÀ XÁC SUẤT DỪNG CHO HỆ THỐNG MẠCH CHUYỂN TIẾP HAI CHẶNG BÁN SONG CƠNG Page 22/26 Thơng số α η R Bảng 4-1: Thông số mô theo Ý nghĩa Hệ số thời gian chuyển đổi Công suất phát nguồn Hiệu Suất Tốc độ truyền dẫn tín hiệu Ngưỡng Giá trị trung bình biến ngẫu nhiên Giá trị trung bình biến ngẫu nhiên Giá trị trung bình biến ngẫu nhiên Giá trị 0.5 0:1:30 0.8 0.5 0.5 0.8 Hình 4-2: Xác suất ,,,dừng hệ thống HD chuyển tiếp AF theo PHÂN TÍCH THƠNG LƯỢNG VÀ XÁC SUẤT DỪNG CHO HỆ THỐNG MẠCH CHUYỂN TIẾP HAI CHẶNG BÁN SONG CƠNG Page 23/26 Hình 4-3: Th ơng lượng hệ thống HD chuyển tiếp AF theo 4.2.2 Mô theo α Bảng 4-2: Mô theo α Thông số α η R Ý nghĩa Hệ số thời gian chuyển đổi Công suất phát nguồn Hiệu Suất Tốc độ truyền dẫn tín hiệu Ngưỡng Giá trị trung bình biến ngẫu nhiên Giá trị trung bình biến ngẫu nhiên Giá trị trung bình biến ngẫu nhiên PHÂN TÍCH THÔNG LƯỢNG VÀ XÁC SUẤT DỪNG CHO HỆ THỐNG MẠCH CHUYỂN TIẾP HAI CHẶNG BÁN SONG CÔNG Giá trị 0:0.02 20 0.8 0.5 0.5 0.8 Page 24/26 Hình 4-4: Xác s uất dừng hệ thống HD chuyển tiếp AF theo α Hình 4-5: Th.ơng lượng hệ thống HD chuyển tiếp AF theo α PHÂN TÍCH THƠNG LƯỢNG VÀ XÁC SUẤT DỪNG CHO HỆ THỐNG MẠCH CHUYỂN TIẾP HAI CHẶNG BÁN SONG CƠNG Page 25/26 4.2.3 Mơ theo R Thông số α η R Bảng 4-3: Mô theo R Ý nghĩa Hệ số thời gian chuyển đổi Công suất phát nguồn Hiệu Suất Tốc độ truyền dẫn tín hiệu Ngưỡng Giá trị trung bình biến ngẫu nhiên Giá trị trung bình biến ngẫu nhiên Giá trị trung bình biến ngẫu nhiên Giá trị 0.5 20 0.8 0:0.15:7 Hình 4-6: X.ác suất dừng hệ thống HD chuyển tiếp AF theo R PHÂN TÍCH THÔNG LƯỢNG VÀ XÁC SUẤT DỪNG CHO HỆ THỐNG MẠCH CHUYỂN TIẾP HAI CHẶNG BÁN SONG CƠNG Page 26/26 Hình 4-7: Th ông lượng hệ thống HD chuyển tiếp AF theo R N hận xét: Dựa kết mô được, ta thấy hệ thống làm việc tốt, đường mô theo simulation analytical gầ n trùng khớp với nhau, điều cho thấy việc tìm hiểu xây dựng từ mơ hình đến cơng thức Qua kết mô phỏ.ng ta thấy AF với phương pháp xử lý đơn giản, tiết kiệm thời gian tính tốn, có khuyế t điểm khuếch đại thành phần nhiễu tín hiệu nên dùng trường hợp khoảng cách truyền ngắn PHÂN TÍCH THƠNG LƯỢNG VÀ XÁC SUẤT DỪNG CHO HỆ THỐNG MẠCH CHUYỂN TIẾP HAI CHẶNG BÁN SONG CÔNG Page 27/26 CHƯƠNG KẾT LUẬN 5.1 K.ết luận: − − − Tìm hiểu mạng truyền thơng hợp tác Tì.m hiểu mơ hình, xây dựng cơng thức hệ thống bán song công M.ô phỏng, đánh giá thông lượng xác suất dừng hệ thống bán song cô.ng chuyển tiếp AF theo α 5.2 Hư.ớng phát triển • Ư.u điểm Tìm hiểu hệ thống HD với kênh tự nhiễu chuyển tiếp AF Tìm hiể u phần nhiễu Gaussian hệ thống HD • N hược điểm V iệc tìm hiểu, xây dựng, đánh giá hệ thống dựa t.rạng thái kênh hồn hảo, khơ ng có thành phần nhiễu phát sinh khác đư.ờng truyền Chưa xé t nhiễu phần cứng Chỉ đánh g iá dựa TSR (Time Wwitching based Relaying) • Hướ ng phát triển T ìm hiểu, xâ y dựng hệ thống với kỹ thuật chuyển tiếp AF nh nén chuyển tiếp hay c hế độ chuyển tiếp gia tăng, Đá nh giá hệ thốn g HD dựa PSR (Power Splitting based relaying) PHÂN TÍCH THƠNG LƯỢNG VÀ XÁC SUẤT DỪNG CHO HỆ THỐNG MẠCH CHUYỂN TIẾP HAI CHẶNG BÁN SONG CÔNG Page 28/26 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt: [1] TS Nguyễn Phạ.m Anh Dũng, Lộ tr.ình phát triển Thơng Tin Di Động 3G lên 4G, Giáo trình, Học viện Cơng nghệ Bưu c.hính Viễn thơng, Nhà xuất thông tin truyền thông Tiếng Anh: [2] C.Zhong, H A Suraw.eera, G Zheng, I Kr.ikidis, Wireless Inf.ormation and Power Transfer Wi.th Full Dupl.ex Relaying, IEEE Transaction on Comm unications [3] A A Nasir, X Zhou, S Durrani, and R Kennedy (Jul 2013), Relaying Protocols for Wireless Energy Harvest ing and Inform ation Proce ssing, IEEE Trans Wireless Commun, vol 12, No 7, pp.3622-3636 PHÂN TÍCH THƠNG LƯỢNG VÀ XÁC SUẤT DỪNG CHO HỆ THỐNG MẠCH CHUYỂN TIẾP HAI CHẶNG BÁN SONG CÔNG Page 29/26 PHỤ LỤC A Mục 1: Rút gọn = chia tử mẫu cho sau ta công thức: = Ta nhận thấy Nên Tỷ số SNR cuối thu = Mục 2: Chứng minh Đặt =, = Phân tích thành hai trường hợp ứng với giá trị mẫu: PHÂN TÍCH THƠNG LƯỢNG VÀ XÁC SUẤT DỪNG CHO HỆ THỐNG MẠCH CHUYỂN TIẾP HAI CHẶNG BÁN SONG CƠNG Page 30/26 PHÂN TÍCH THÔNG LƯỢNG VÀ XÁC SUẤT DỪNG CHO HỆ THỐNG MẠCH CHUYỂN TIẾP HAI CHẶNG BÁN SONG CÔNG ... suất dừng hệ thống HD chuyển tiếp AF theo R PHÂN TÍCH THƠNG LƯỢNG VÀ XÁC SUẤT DỪNG CHO HỆ THỐNG MẠCH CHUYỂN TIẾP HAI CHẶNG BÁN SONG CÔNG Page 26/26 Hình 4-7: Th ơng lượng hệ thống HD chuyển tiếp. .. Phân tích thành hai trường hợp ứng với giá trị mẫu: PHÂN TÍCH THÔNG LƯỢNG VÀ XÁC SUẤT DỪNG CHO HỆ THỐNG MẠCH CHUYỂN TIẾP HAI CHẶNG BÁN SONG CÔNG Page 30/26 PHÂN TÍCH THƠNG LƯỢNG VÀ XÁC SUẤT DỪNG... 4-2: Xác suất ,, ,dừng hệ thống HD chuyển tiếp AF theo PHÂN TÍCH THƠNG LƯỢNG VÀ XÁC SUẤT DỪNG CHO HỆ THỐNG MẠCH CHUYỂN TIẾP HAI CHẶNG BÁN SONG CƠNG Page 23/26 Hình 4-3: Th ơng lượng hệ thống HD chuyển