Đang tải... (xem toàn văn)
ĐÁNH GIÁ DUNG LƯỢNG HỆ THỐNG SONG CÔNG THÔNG QUA GIAO THỨC GIẢI MÃ VÀ CHUYỂN TIẾP ĐÁNH GIÁ DUNG LƯỢNG HỆ THỐNG SONG CÔNG THÔNG QUA GIAO THỨC GIẢI MÃ VÀ CHUYỂN TIẾP ĐÁNH GIÁ DUNG LƯỢNG HỆ THỐNG SONG CÔNG THÔNG QUA GIAO THỨC GIẢI MÃ VÀ CHUYỂN TIẾP ĐÁNH GIÁ DUNG LƯỢNG HỆ THỐNG SONG CÔNG THÔNG QUA GIAO THỨC GIẢI MÃ VÀ CHUYỂN TIẾP
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐÁNH GIÁ DUNG LƯỢNG HỆ THỐNG SONG CÔNG THÔNG QUA GIAO THỨC GIẢI MÃ VÀ CHUYỂN TIẾP MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH VẼ DANH MỤC BẢNG BIỂU DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT 1G First Generation 2G Second Generation 3G Third Generation 3GPP 3rd Generation Partnership Project 4G Fourth Generation 5G Fifth Generation AF Amplify and Forward AMPS Advanced Mobile Phone System CDMA Code Division Multiplex Access D-AMPS Digital Advanced Mobile Phone System DF Decode and Forward FDMA Frequency Division Multiplex Access FM Frequency Modulation GSM Global System for Mobile Phone IEEE Institude of Electrical and Electronics Engineers LTE Long Term Evolution NMT Nordic Mobile Telephone OFDM Orthogonal Frequency Division Multiplexing PDC Personal Digital Cellular PSR Power Splitting based Relaying SMS Short Message Services SNR Signal to Noise Ratio TACS Total Access Communication System TDMA Time Division Multiplex Access TSR Time Switching Relay UMTS Universal Mobile Telecommunications System WiMAX Worldwide Interoperabilitity for Microwave Access ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 7/49 CHƯƠNG TỔNG QUAN SỰ PHÁT TRIỂN HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 1.1 Giới thiệu Hệ thống thông tin di động hệ thống liên lạc với nhiều điểm truy cập khác vùng địa lý Thông tin di động năm gần phát triển nhanh số lượng người dùng, chất lượng dịch vụ, ứng dụng dịch vụ đa phương tiện Sự phát triển dẫn đến gia tăng nhanh trong.nhu cầu phổ tần số toàn giới, thử thách không.hề nhỏ mà tiếp diễn tương lai Sau nhiều năm.phát triển, thông tin di động trải qua nhiều giai đoạn phát triển quan trọng Từ hệ thống di động tương tự hệ thứ.nhất.đến hệ thống thông tin di động số hệ thứ hai hệ thống thông tin di.động băng rộng hệ thứ ba phát triển lên hệ thống thông tin di động đa phương.tiện hệ thứ tư triển khai.trên phạm vi tồn cầu hệ thơng tin di động hệ thứ năm nghiên cứu số nước Với bùng nổ.tốc độ.của hệ thống di động 5G, hệ thống di động 5G ứng dụng rộng rãi cho.rất nhiều lĩnh vực sống Việc triển khai hệ thống di động 5G vấn đề trong.tương lai gần Nhưng trước xu hướng phát triển công nghệ.viễn thông đặc biệt cơng nghệ thơng tin di động, việc nghiên cứu và.tìm.hiểu hệ thống thơng tin di động 5G cần thiết Trong này, xem xét mạng chuyển tiếp Decode and Forward (DF) dựa việc thu hoạch lượng không dây Node chuyển tiếp thu lượng thơng qua tín hiệu tần số vơ tuyến từ nút nguồn Tiếp theo, nút chuyển tiếp sử dụng năng.lượng thu ĐÁNH GIÁ DUNG LƯỢNG HỆ THỐNG SONG CÔNG THÔNG QUA GIAO THỨC GIẢI MÃ VÀ CHUYỂN TIẾP ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 8/49 hoạch để chuyển tiếp thơng tin nguồn giải mã đến đích Node nguồn chuyển lượng thông tin tới nút chuyển tiếp thông qua hai chế: Chuyển mạch dựa chuyển mạch thời gian (Time Switching Relay) chuyển mạch theo phân chia công suất (Power Slittping Relay) Xét việc thu lượng nút chuyển tiếp, ta thu biểu thức phân tích xác cơng suất, thông lượng dung lượng mạng chuyển tiếp DF cho TSR PSR Thơng qua phân tích số, ta nghiên cứu thông lượng hệ thống thông số hệ thống khác nhau, chẳng hạn thời gian thu hoạch lượng, tỉ lệ phân chia công suất tỷ số tín hiệu nhiễu (SNR) 1.2 Hệ thống thông tin di động tương tự 1G 1G mạng di động khơng dây đầu tiên, sử dụng anten thu phát sóng gắn ngồi, kết nối tín hiệu analog tới trạm thu phát nhận xử.lí các.tín hiệu thoại thơng qua module gắn di động Là hệ thống di động tương tự sử dụng phương pháp đa truy nhập phân chia theo tần số FDMA theo phương.pháp điều chế tần số FM Một số hệ thống 1G điển hình: - NMT: Nordic Mobile Telephone sử dụng băng tần 450 MHz Là chuẩn dành cho - nước Bắc Âu vào năm 1981 AMPS: Advanced Mobile Phone.System triển khai Bắc Mỹ vào năm 1978 - băng tần 800MHz TACS: Total Access Communication System triển khai Anh vào năm 1985, hệ thống thông tin truy cập tổng thể Ưu – nhược điểm: Dịch vụ đơn giản thoại với chất.lượng thấp, có tính bảo.mật kém, dễ bị nhiễu vùng phủ sóng hẹp 1.3 Hệ thống di động số 2G Hệ thống mạng 2G đặc trưng công.nghệ.chuyển mạch kĩ thuật số (Digital Circuit Switched), kỹ thuật chiếm ưu Dịch vụ 2G cải tiến ĐÁNH GIÁ DUNG LƯỢNG HỆ THỐNG SONG CÔNG THÔNG QUA GIAO THỨC GIẢI MÃ VÀ CHUYỂN TIẾP ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 9/49 trước, dịch vụ thoại có dịch.vụ nhắn.tin đơn giản gọi SMS Phương thức.truy cập chủ yếu TDMA CDMA Một số hệ thống 2G điển hình: - GSM (Global System for Mobile Phone): Sử dụng phương thức truy cập TDMA - được.triển khai châu Âu D-AMPS (IS-136-Digital Advanced Mobile Phone System): Sử dụng phương.thức - TDMA được.triển khai Mỹ PDC (Personal Digital Cellular): Sử dụng phương.thức TDMA và.đã triển - khai Nhật Bản IS-95 (CDMA one): Sử dụng phương thức truy.cập CDMA triển khai Hàn Quốc Mỹ Ưu điểm: Chất lượng thoại.được cải thiện hơn, dung lượng tăng, hỗ trợ dịch vụ số liệu, bảo mật.thông tin tốt, chống nhiễu fading tốt hơn, cung cấp linh hoạt dung lượng kênh cho người sử dụng, cho phép chuyển giao lưu.lượng mềm nhiều vùng phủ sóng Nhược điểm: Khơng xử lý các.dữ liệu phức tạp độ khó cao, đồng phức tạp, cần nhiều mạch xử lý số 1.4 Hệ thống di động 3G 3G hệ chuẩn công.nghệ điện thoại di động, cho phép truyền liêu thoại với chất.lượng tốt chức thoại là: Tải liệu, gửi mail, tin nhắn nhanh, hình ảnh, internet, video, định vị vị trí GPS 3G bao gồm hai hệ thống chuyển mạch gói.và chuyển mạch kênh, 3G sử dụng kỹ thuật đa truy cập CDMA W-CDMA với băng thông rộng Các chuẩn thương mại mạng 3G: - W-CDMA (3GPP): Nền tảng hệ thống UMTS, dựa kỹ thuật CDMA trải - phổ dãy trực tiếp (trước gọi UTRA FDD) CDMA 2000 (3GPP2): Thế hệ chuẩn 2G CDMA IS-95 ĐÁNH GIÁ DUNG LƯỢNG HỆ THỐNG SONG CÔNG THÔNG QUA GIAO THỨC GIẢI MÃ VÀ CHUYỂN TIẾP ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 10/49 - TD-CDMA (Time Division CDMA, 3GPP): Chuẩn thương mại áp dụng hỗ hợp - TDMA CDMA TD-SCDMA: Đang phát triển Trung Quốc công ty Datang Siemens Ưu điểm: Hỗ trợ gói tốc độ liệu cao, dịch vụ định vị toàn cầu GPS, tăng hiệu sử.dụng phổ tần, dung lượng mở.rộng lớn, hỗ trợ liệu thoại tốt hơn, dịch vụ đa.phương tiên mở rộng Nhược điểm: Đòi hỏi băng.tần rộng cần chi phí cao 1.5 Hệ thống mạng 4G 4G mạng di động hệ thứ tư hay.được gọi LTE 3GPP phát triển 4G chuẩn thiết.bị không dây, cung cấp kết nối lúc nơi, dịch vụ tốc độ liệu cao, công nghệ vô tuyến hỗ.trợ băng.thông cách linh hoạt, phục vụ đa phương tiện nhanh đa dạng Phương thức điều chế gồm: OFDM, MC-CDMA Tốc độ bit: 20100 Mb/s, tốc độ tối đa điều kiện lý tưởng đạt tới 1-1,5 Gb/s WiMAX (Worldwide Interoperabilitity for Microwave Access) công nghệ dựa chuẩn IEEE 802.16 được.ITU-R công nhận chuẩn 3G WiMAX cung cấp băng thông phạm vi phủ sóng rộng so với Wi-fi, hứa hẹn tạo kết nối tốc độ cao cho thuê bao di động thuê bao cố định WiMAX có chuẩn sau: IEEE 802.16/ IEEE 802.16a/ IEEE 802.16b, IEEE 802.16c… LTE cơng nghệ chuẩn hóa.bởi 3GPP, trước 3GPP cho đời HSPA tảng W-CDMA 3G nhằm tăng tốc độ liệu Cả WiMAX LTE dùng phương thức đa truy cập phân chia theo tần số trực giao OFDMA Lợi LTE so với WiMAX phát triển từ tảng GSM có sẵn, WiMAX mạng lưới hoàn toàn Ưu điểm: Tốc độ cao nhiều so với mạng 3G, dung lượng lớn phục vụ lúc, nơi Nhược điểm: Đòi hỏi cần phải có thiết bị đại, tiêu hao pin thiết bị nhanh ĐÁNH GIÁ DUNG LƯỢNG HỆ THỐNG SONG CÔNG THÔNG QUA GIAO THỨC GIẢI MÃ VÀ CHUYỂN TIẾP ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 42/49 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt: [1] TS Nguyễn Phạm Anh Dũng (2001), Thơng Tin Di Động, Giáo trình, Học viện Cơng nghệ Bưu Viễn thơng, Nhà xuất Bưu điện Tiếng Anh: [2] Caijun Zhong, Himal A Suraweera, Member, Gan Zheng, Ioannis Krikidis, and Zhaoyang Zhang Member, “Wireless Information and Power Transfer with Full Duplex Relaying” [3] Ali A Nasir, Xiangyun Zhou, Salman Durani, and Rodney A Kennedy, “Thoughput and Ergodic Capacity of Wireless Energy Harvesting Based DF Relaying Network” [4] Ali A Nasir, Xiangyun Zhou, Salman Durani, and Rodney A Kennedy, “Relay Protocol for Wireless Energy Harvesting and Information Processing”, ArXiv Technical Report, 2013 [Online] Available: http://arXiv:1212.5406v3 [5] I S Gradshtey, I M Ryzhik, “Tables of integrals series and products” , Seventh Edition ĐÁNH GIÁ DUNG LƯỢNG HỆ THỐNG SONG CÔNG THÔNG QUA GIAO THỨC GIẢI MÃ VÀ CHUYỂN TIẾP ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 43/49 PHỤ LỤC A f yR xR yD R g h xS Relay S d1 D d2 Nguồn Đích Mục 1: Chứng minh cơng thức phân chia theo cơng suất Mơ hình hệ thống song cơng Q trình truyền thơng tin T Thu lượng (Energy Havesting) T/2 SRD T/2 Q trình truyền thơng tin ĐÁNH GIÁ DUNG LƯỢNG HỆ THỐNG SONG CÔNG THÔNG QUA GIAO THỨC GIẢI MÃ VÀ CHUYỂN TIẾP ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 44/49 Dựa vào mơ hình hệ thống, giả sử d d2 Km, tín hiệu nhận relay đích là: (1) (2) Trong đó: , : Tín hiệu nhận.tại nút relay nút đích , : Tín hiệu phát đi.tại nút nguồn nút relay ,: Hệ số kênh truyền : Kênh tự nhiễu nút relay , : Nhiễu AWGN nút relay nút đích với phương sai : Hệ số chuyển đồi cơng suất Q trình truyền chia thành hai giai đoạn: - Giai đoạn 1: Relay thu lượng từ nút nguồn thời gian T/2 Giai đoạn 2: Truyền thơng tin tới nút đích khoảng thời gian T/2 lại Năng lượng Eh thu nút relay: (3) Khi cơng suất nút relay tính sau: (4) ĐÁNH GIÁ DUNG LƯỢNG HỆ THỐNG SONG CÔNG THÔNG QUA GIAO THỨC GIẢI MÃ VÀ CHUYỂN TIẾP ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 45/49 Trong đó: T: Thời gian tín hiệu truyền từ nút nguồn đến nút đích : Hiệu suất chuyển đổi lượng Công suất nguồn Tỉ số SNR Từ tín hiệu , nhận nút relay nút đích ta suy , sau: (5) Thay từ công thức (4) vào cơng thức (5) ta có: (6) Đặt , thay vào (6) ta có: (7) Chia tử mẫu cho được: (8) Vì No