ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG MẠNG TRUYỀN THÔNG VÔ TUYẾN HỢP TÁC SỬ DỤNG NETWORK CODING MỤC LỤC DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ .VIII DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT IX CHƯƠNG GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ .1 1.2 YÊU CẦU CỦA ĐỀ TÀI .1 1.3 PHƯƠNG PHÁP THỰC HIỆN CHƯƠNG LÝ THUYẾT CƠ BẢN .3 2.1 CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU VỀ MẠNG VÔ TUYẾN 2.2 LÝ THUYẾT VỀ RELAY NETWORK .6 2.3 ANALOG NETWORK CODING .8 2.3.1 Bối cảnh: Tín hiệu đơn 13 2.3.2 Giải mã tín hiệu nhiễu 14 2.3.3 Pha tín hiệu 16 2.3.4 Ước lượng biên độ A B .16 2.3.5 Ước lượng độ lệch pha cho tín hiệu Bob 18 2.3.6 Nhận bit Bob .18 2.3.7 Vấn đề thực nghiệm 19 2.3.8 Đối mặt với việc thiếu đồng 19 2.4 KỸ THUẬT CHUYỂN TIẾP AMPLIFY AND FORWARD 22 2.5 HỆ THỐNG BÁN SONG CÔNG (HALF-DUPLEX) 22 2.6 HỆ SỐ GHÉP KÊNH PHÂN TẬP (DIVERSITY-MULTIPLEXING TRADEOFF – DMT) 23 2.6.1 Độ lợi phân tập (Diversity gain) .23 2.6.2 Độ lợi ghép kênh (Multiplexing gain) .25 2.7 CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐÃ CÓ 26 2.7.1 Số liệu .27 2.7.2 Tổng hợp kết 27 CHƯƠNG HIỆU NĂNG MẠNG TRUYỀN THÔNG VÔ TUYỀN HỢP TÁC SỬ DỤNG NETWORK CODING 28 3.1 GIỚI THIỆU 28 3.2 MƠ HÌNH HỆ THỐNG VÀ GIAO THỨC ANC .29 3.2.1 Mơ hình hệ thống 29 3.2.2 Xác suất dừng SNR hữu hạn, hệ số ghép kênh phân tập 31 3.2.3 Phân chia công suất tối ưu .34 CHƯƠNG KẾT QUẢ MÔ PHỎNG 38 4.1 PHƯƠNG PHÁP MÔ PHỎNG MONTE CARLO .38 4.2 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG .39 CHƯƠNG KẾT LUẬN 44 5.1 KẾT LUẬN .44 5.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN .44 TÀI LIỆU THAM KHẢO 45 PHỤ LỤC A 48 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 2-1: Mạng hợp tác không dây Hình 2-2: Mơ hình mạng chuyển tiếp Hình 2-3: Alice-Bob Topology: Các luồng giao router .11 Hình 2-4: Chuỗi Topology: Luồng chiều 12 Hình 2-5: Điều chế MSK .13 Hình 2-6: Mơ hình hình học thể cách tính pha .17 Hình 2-7: Sắp xếp độ lệch pha có với tín hiệu nhận 21 Hình 2-8: Chuyển tiếp AF .22 Hình 2-9: Mơ hình hệ thống Half-duplex 22 Hình 2-10: Mơ hình SISO .24 Hình 2-11: Mơ hình SIMO 24 Hình 2-12: Mơ hình MIMO 25 Hình 2-13: So sánh độ lợi phân tập độ ghép kênh khơng gian dùng mơ hình MIMO 26 Hình 3-1: Mơ hình hệ thống 29 Hình 4-1: Finite-SNR DMT giao thức ANC D1=0.5 40 Hình 4-2: Xác suất dừng giao thức ANC trường hợp ngưỡng R/2 40 Hình 4-3: Xác suất dừng giao thức ANC trường hợp ngưỡng R .41 Hình 4-4: So sánh xác suất dừng trường hợp giới hạn ngưỡng R/2 41 Hình 4-5: So sánh xác suất dừng trường hợp giới hạn ngưỡng R 42 Hình 4-6: Thơng tin tương hỗ hệ thống trường hợp công suất với E=100W 42 Hình 4-7: Thơng tin tương hỗ hệ thống trường hợp công suất với E=1000W 43 DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT AF Amplify and forward IEEE Institude of Electrical and Electronics Engineers LTE Long Term Evolution RF Radio frequency SNR Signal-to-Noise Ratio 3GPP 3rd Generation Partnership Project ANC Analog network coding DMT Diversity Multiplexing Trade-off AWGN Additive White Gaussian Noise WLANs Wireless Local Area Networks QoS Quality of Service SFBC Space-Frequency Block-Coded OFDM Orthogonal Frequency Division Multiplexing AF Amplify and Forward DF Decode and Forward MAR Multiple Access Relay WBAN Wireless Body Area Network ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 1/53 CHƯƠNG GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI 1.1 Đặt vấn đề Giao tiếp qua relay cho thấy hiệu qua việc giảm thiểu suy hao đường truyền đạt tầm phủ sóng rộng Trong nhiều ứng dụng mạng lưới relay, nhiều nguồn cần trao đổi thông tin với giúp đỡ relay Để hỗ trợ ứng dụng này, nhiều giao thức relay với băng thông hiệu đề xuất Xác suất dừng số quan trọng để đánh giá hiệu hệ thống mã hóa Vì vậy, việc nghiên cứu khả dừng hệ thống luồng liệu dừng quan trọng giao thức ANC Hơn nữa, công suất tối ưu quan trọng hữu ích nâng cao hiệu suất hệ thống chẳng hạn giảm xác suất dừng Theo nghiên cứu trước chưa có tài liệu phân tích xác suất dừng phân phối cơng suất tối ưu, động lực cho để nghiên cứu vấn đề Đề tài thực nhằm mục đích tổng hợp, hệ thống hóa lại kiến thức mạng truyền thông vô tuyến hợp tác giao thức analog network coding Trên sở sưu tầm đọc tài liệu liên quan, tơi tóm tắt thành tài liệu để sinh viên khóa sau người làm ngành tham khảo hiểu cách nhanh 1.2 Yêu cầu đề tài Nội dung đề tài bao gồm khái niệm mạng truyền thông vô tuyến hợp tác (Wireless Cooperative Networks) giao thức analog network coding Chúng ta tìm hiểu định nghĩa, nguyên nhân đời, cấu trúc, ứng dụng chúng hiểu ưu nhược điểm hệ thống áp dụng vào thực tế Từ thiết lập cơng thức, phương trình tính tốn, mơ nhận xét kết đạt Trong đề tài này, phân tích xác suất dừng hệ thống luồng liệu ngưng hoạt động Cụ thể, tìm giá trị chặn xác suất dừng, gần với giá trị xác suất dừng xác nhận qua mô Dựa việc phân tích xác suất dừng, đạt hệ số ghép kênh ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG CỦA MẠNG TRUYỀN THÔNG HỢP TÁC SỬ DỤNG NETWORK CODING ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 2/53 phân tập (Diversity Multiplexing Tradeoff) – giá trị hệ thống viễn thơng Đặc biệt, nghiên cứu hệ số DMT khoảng SNR hữu hạn thay khoảng vơ hạn, hệ thống viễn thơng thực nghiệm, ví dụ WLANs, thường hoạt động khoảng SNR mid-to-high Hơn nữa, đề xuất phương trình tối ưu hóa cơng suất để đồng thời giảm thiểu xác suất dừng tối đa thông tin tương hỗ giao thức ANC Mục tiêu đạt giải thuật mơ xác xác suất dừng hệ thống so sánh với kết tính lý thuyết Ngồi ra, tìm phương trình tối ưu hóa cơng suất cho hệ thống để tăng hiệu suất hoạt động nhờ phần mềm MATLAB hỗ trợ q trình mơ kiểm chứng kết Chúng ta đánh giá, nhận xét, đưa đồ thị mô xác suất dừng hệ thống dựa giá trị tỉ số tín hiệu nhiễu, công suất truyền, biến ngẫu nhiên, tốc độ bit… Chúng ta đưa phương trình phân chia công suất để đạt mức tối ưu cho hệ thống, vẽ đồ thị dựa phương trình so sánh kết trường hợp công suất truyền tối ưu relay nguồn qua giai đoạn thấy hiệu việc phân chia công suất đạt mức tối ưu 1.3 Phương pháp thực Chúng ta giả định độ lợi kênh truyền biến ngẫu nhiên Thiết lập biểu thức tín hiệu thu node, tính tỉ số tín hiệu nhiễu đó, giả định giá trị ngưỡng, tỉ số tín hiệu nhiễu giai đoạn nhỏ giá trị hệ thống ngưng hoạt động Từ có biểu thức xác suất dừng xác, qua phép tính có biểu thức xác suất dừng chặn Với biểu thức mơ xem chúng có tương đương với hay không dùng kết mơ để xác định cơng suất tối ưu Dựa vào biểu thức cơng suất tối ưu tìm phương trình tối thiểu hóa xác suất dừng tối đa hóa thơng tin tương hỗ CHƯƠNG LÝ THUYẾT CƠ BẢN 1.4 Các vấn đề nghiên cứu mạng vô tuyến ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG CỦA MẠNG TRUYỀN THÔNG HỢP TÁC SỬ DỤNG NETWORK CODING ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 3/53 Mạng hợp tác ngày thu hút quan tâm công nghệ thông tin truyền thơng cải thiện khả trao đổi cung cấp môi trường màu mỡ cho phát triển dịch vụ context-aware Kết nối mạng truyền thơng hợp tác đại diện cho mơ hình liên quan tới trình truyền phân phối, hứa hẹn tăng trưởng vượt bậc dung lượng độ lợi phân tập mạng không dây Một mặt, tích hợp mạng khơng dây tầm xa gần (ví dụ: sở hạ tầng mạng 3G, mạng ad hoc không dây, mạng cảm biến khơng dây) cải thiện hiệu độ phủ sóng chất lượng dịch vụ (QoS) Mặt khác, hợp tác node, mạng cảm biến không dây, cho phép q trình phân phối tín hiệu khơng gianthời gian, cho phép theo dõi mơi trường, kĩ thuật định vị, phép đo phân phối, điều làm giảm độ phức tạp cơng suất tiêu thụ node Đã có nghiên cứu vấn đề mạng vơ tuyến: mơ hình lớp vật lý, ví dụ mơ hình kênh truyền (thống kê, suy hao, MIMO, feedback); ràng buộc thiết bị (công suất, đa truy cập, đồng bộ) quản lý tài nguyên; q trình phân phối mạng hợp tác (ví dụ: phân phối sức ép cho mạng cảm biến không dây, mã riêng cho kênh mạng); số đo hiệu suất (ví dụ: dung lượng, chi phí, ngưng hoạt động, độ trễ, công suất, quy luật cân bằng); vấn đề xen kênh, ví dụ tương tác lớp PHY/MAC/NET, mã hóa kênh-nguồn chung, định lý phân chia, lý thuyết thông tin đa thiết bị đầu cuối, giao tiếp đa chặng, hệ thống tích hợp mạng khơng dây phức tạp (phạm vi gần-xa) Trong “Asymptotic analysis of large cooperative relay networks using random matrix theory” H Li, mạng relay hợp tác phân tích đặc biệt cải thiện hiệu suất tiệm cận hợp tác truyền dẫn qua truyền dẫn trực tiếp truyền tải relay phân tích lý thuyết ma trận ngẫu nhiên Ý tưởng để điều tra phân phối giá trị riêng liên quan đến khả kênh phân tích khoảnh khắc phân phối mạng khơng dây lớn Phân tích báo cung cấp công cụ quan trọng cho hiểu biết thiết kế mạng không dây hợp tác lớn ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG CỦA MẠNG TRUYỀN THÔNG HỢP TÁC SỬ DỤNG NETWORK CODING ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 4/53 H Van Khuong T Le-Ngoc đề xuất, báo “Bandwidth-efficient cooperative relaying schemes with multi-antenna relay,” chương trình chuyển tiếp hợp tác mã hóa, tất tín hiệu giải mã thành công từ nhiều nguồn chuyển tiếp đồng thời đa anten tới điểm đích đa anten chung để tăng hiệu băng thơng Các lược đồ tạo điều kiện cho chiến lược truyền lại khác relay với kỹ thuật giải mã lặp người dùng đa người dùng đích, phù hợp cho cân hiệu suất, độ trễ độ phức tạp Vấn đề lựa chọn relay tốt nói đến “Performance of multiplerelay cooperative diversity systems with best-relay selection overrayleigh fading channels” S S Ikki and M H Ahmed Họ xem xét hệ thống phân tập AF, node nguồn giao tiếp với node đích trực tiếp gián tiếp (qua nhiều relay) Mơ hình cho thấy lựa chọn relay tốt giảm lượng tài nguyên cần thiết cải thiện hiệu suất Tác giả nhận biểu thức closed-form cho chặng xác suất lỗi xác suất dừng Trong “Delay optimization in cooperative relaying with cyclic delay diversity,” S B Slimane đề xuất để thêm độ trễ ngẫu nhiên relay không tái tạo cố định để cải thiện hiệu suất hệ thống Tuy nhiên, độ trễ ngẫu nhiên tạo giới hạn hiệu suất đạt từ phân tập đa đường Trong báo này, biểu đồ tối ưu hóa độ trễ giới thiệu cho hệ thống OFDM đa cell với relay hợp tác, nhiều người dùng, relay cố định Nghiên cứu W Mesbah and T N Davidson “Power and resource allocation for orthogonal multiple access relay systems,”, vấn đề phân chia công suất chung tài nguyên kênh truyền cho hệ thống relay đa truy cập trực giao (MAR) để tối đa hóa tốc độ đạt Tác giả xem xét chiến lược relay cho thấy vấn đề có xây dựng vấn đề quasiconvex vài trường hợp.Vì thế, giải thuật hiệu thực cho phân chia công suất tối ưu tài nguyên kênh truyền ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG CỦA MẠNG TRUYỀN THÔNG HỢP TÁC SỬ DỤNG NETWORK CODING ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 5/53 Thế hệ mạng không dây vượt qua xa so với mơ hình điểm-điểm, điểmđa điểm hệ thống di động cổ điển Nó dựa vào phức tạp tương tác, mà node kết nối với node khác để cải thiện hiệu chúng mạng toàn cầu Mạng hợp tác lên tiếp cận đầy hứa hẹn việc tăng quang phổ, hiệu công suất, mức độ bao phủ, để giảm xác suất dừng Tương tự truyền nhận đa anten, relay cung cấp đa dạng tạo nhiều tín hiệu Bằng cách phối hợp node phân chia theo không gian hệ thống khơng dây, tổng hợp anten ảo cách hiệu để mô hoạt động truyền nhận đa anten Những yêu cầu cho hệ mạng không dây thúc đẩy nghiên cứu truyền thông hợp tác vài năm trở lại Mặc dù, nhiều khía cạnh truyền hợp tác vấn đề mở Hơn nữa, phần lớn hệ thống hợp tác đề xuất dựa ý tưởng giả định bất khả thi việc hạn chế đồng node hay trạng thái kênh thông tin hoàn hảo đơn vị nguồn định Cần có nghiên cứu thực tiễn để tìm hệ thống hợp tác dựa giả định thực tế Mục đích vấn đề tóm lại qua chủ đề: để hiểu truyền tải tìm hạn chế hệ thống hợp tác thực tế Mạng truyền thông hợp tác bao gồm node chia sẻ tài nguyên để tạo nhiều kênh khác nhờ cải thiện hiệu suất hệ thống, cụ thể tính khả dụng, tầm hoạt động thông lượng Sự hỗ trợ node, ví dụ mạng cảm biến, cho phép trình phân chia tín hiệu theo khơng gian thời gian, điều cho phép theo dõi mơi trường, định vị, phép đo phân tán, với giảm thiểu độ phức tạp lương tiêu thụ node Ứng dụng vào mạng 3G, 4G, 5G, adhoc, … Những hạn chế:  Liên kết end-to-end bao gồm nhiều kết nối dọc theo node định sẵn liên kết xác định trước  kết nối thất bại làm cho tồn liên kết khơng hoạt động được, cần tái định tuyến bảo trì ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG CỦA MẠNG TRUYỀN THƠNG HỢP TÁC SỬ DỤNG NETWORK CODING ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 38/53 Exact outage probability by simulation r = 0.3 Lower­bound of outage probability by analysis r = 0.3 Exact outage probability by simulation r = 0.4 Lower­bound of outage probability by analysis r = 0.4 Exact outage probability by simulation r = 0.1 Lower­bound of outage probability by analysis r = 0.1 0.14 Average outage probability 0.12 0.1   0.08 0.06 0.04 0.02 0  0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 D1 0.6 0.7 0.8 0.9 Hình 4-16: Xác suất dừng giao thức ANC trường hợp ngưỡng R/2 Exact outage probability by simulation r = 0.3 Lower­bound of outage probability by analysis r = 0.3 Exact outage probability by simulation r = 0.4 Lower­bound of outage probability by analysis r = 0.4 Exact outage probability by simulation r = 0.1 Lower­bound of outage probability by analysis r = 0.1 0.5 0.45 Average outage probability 0.4   0.35 0.3 0.25 0.2 0.15 0.1 0.05 0  0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 D1 Hình 4-17: Xác suất dừng giao thức ANC trường hợp ngưỡng R ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG CỦA MẠNG TRUYỀN THÔNG HỢP TÁC SỬ DỤNG NETWORK CODING ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 39/53 Lower bound of outage probability by analysis with equal allocation Exact outage probability by simulation with equal power allocation Exact outage probability by simulation with optimal power allocation ­1 10   ­2 Average outage probability 10 ­3 10 ­4 10 ­5 10   10 15 20 10log10E 25 30 35 40 Hình 4-18: So sánh xác suất dừng trường hợp giới hạn ngưỡng R/2 10   Lower bound of  outage probability  by  analy sis with equal allocation Exact outage probability  by  simulation with equal power allocation Exact outage probability  by  simulation with optimal power allocation ­1 Average outage probability 10 ­2 10 ­3 10 ­4 10   10 15 20 10log10E 25 30 35 40 Hình 4-19: So sánh xác suất dừng trường hợp giới hạn ngưỡng R ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG CỦA MẠNG TRUYỀN THÔNG HỢP TÁC SỬ DỤNG NETWORK CODING ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 40/53 8.5   Average Mutual Infomation 7.5 6.5 Simulation with equal power allocation Simulation with the optimal power allocation 5.5   0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 D1 0.6 0.7 0.8 0.9 Hình 4-20: Thơng tin tương hỗ hệ thống trường hợp công suất với E=100W 334   Average Mutual Infomation 333.5 333 332.5 332 Simulation with equal power allocation Simulation with the optimal power allocation 331.5 331   0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 D1 0.6 0.7 0.8 0.9 Hình 4-21: Thơng tin tương hỗ hệ thống trường hợp công suất với E=1000W Từ kết mô trên, thấy sử dụng công suất tối ưu, giá trị đạt tốt so với công suất truyền tín hiệu Mặt khác, ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG CỦA MẠNG TRUYỀN THÔNG HỢP TÁC SỬ DỤNG NETWORK CODING ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 41/53 mô xác suất dừng lý thuyết so với thực tế kết tương đương nên tin cậy để áp dụng vào hệ thống Chúng ta tìm phương trình tối ưu hóa hệ thống để xác suất dừng thấp liệu nhận cao ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG CỦA MẠNG TRUYỀN THÔNG HỢP TÁC SỬ DỤNG NETWORK CODING ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 42/53 CHƯƠNG KẾT LUẬN 5.1 Kết luận Chúng ta nghiên cứu giao thức ANC, tìm giá trị lower-bound gần xác suất dừng Sau dựa vào giá trị này, nhận giá trị tỉ số tín hiệu nhiễu hữu hạn- finite-SNR DMT giao thức ANC Cuối cùng, tìm phương trình cơng suất tối ưu cho giao thức ANC Phương trình đồng thời tối thiểu hóa xác suất dừng tối ưu hóa lượng thơng tin tương hỗ giao thức ANC 5.2 Hướng phát triển Từ phát triển nghiên cứu giao thức ANC toàn miền SNR để tính tốc độ tối đa đạt với giao thức ANC lớp mạng cụ thể [18]; Phân tích tỉ lệ lỗi phân chia công suất tối ưu giao thức ANC kênh chuyển tiếp đa truy cập [16]; phân tích độ lợi lý thuyết, thông lượng hệ thống kênh chữ Y dùng relay[17] ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG CỦA MẠNG TRUYỀN THÔNG HỢP TÁC SỬ DỤNG NETWORK CODING ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 43/53 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Anh: [1] Q Li, S H Ting, A Pandharipande, and Y Han, “Adaptive two-way relaying and outage analysis”, IEEE Trans Wireless Commun, vol 8, pp 3288-3299, June 2009 [2] R H Y Louie, Y Li, and B Vucetic, “Practical physical layer network coding for two-way relay channels: performance analysis and comparison,” IEEE Trans Wireless Commun., vol 9, pp 764-777 Feb.2010 [3] K S Hwang, Y C Ko, and M S Alouini, “Performance bounds for twoway amplify and forward relaying baesd on relay path selection” in Proc IEEE VTC2009, Apr 2009, pp 1-5 [4] D Tse abd P Viswanath, “Fundamentals of Wireless Communications” Cambrigde Univ Press, 2005 [5] D Tse abd P Viswanath, and L Zheng, “Diversity-multiplexing tradeoff in multiple access channels”, IEEE Trans Inf Theory, vol 50, pp 1859-1874, Sep 2004 [6] L Zheng and D N C Tse, “Diversity and multiplexing: a fundamental tradeoff in multipleantenna channels”, IEEE Trans Inf Theory, vol 19, pp.1073-1096, May 2003 [7] P A Anghel and M Kaveh, “Exact symbol error probability of a cooperative network in a Rayleigh-fading environment,” IEEE Trans Wireless Commun., vol 3, pp 1416–1421, Sep 2004 [8] Ribeiro, X Cai, and G B Giannakis, “Symbol error probabilities for general cooperative links,” IEEE Trans Wireless Commun.,vol.4, pp 1264–1273, May 2005 [9] B Rankov and A Wittneben, “Spectral efficient protocols for halfduplex fading relay channels,” IEEE J Sel Areas Commun.,vol 25, pp 379–389, Feb 2007 ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG CỦA MẠNG TRUYỀN THÔNG HỢP TÁC SỬ DỤNG NETWORK CODING ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 44/53 [10] H V Poor, An Introduction to Signal Detection and Estimation,2 nd edition New York: Springer-Verlag, 1994 [11] Zhihang Yi, MinChul Ju, and Il-Min Kim,Senior Member “Outage Probability and Optimum Power Allocation for Analog Network Coding”, IEEE Trans Wireless Commun Vol 10, Issue 2, February 2011 [12] Sachin Katti, Shyamnath Gollakota, and Dina Katabi “Embracing Wireless Interference: Analog Network Coding” MIT CSAIL, 2007 [13] Zhihang Yi, Il-Min Kim “Finite-SNR Diversity-Multiplexing Tradeoff and Optimum Power Allocation in Bidirectional Cooperative Networks” IEEE Trans Wireless Commun. 15 Oct 2008 https://arxiv.org/abs/0810.2746 [14] Shiqiang Wang, Qingyang Song, Xingwei Wang, Abbas Jamalipour “Rate and Power Adaption for Analog Network Coding” IEEE Trans Vehicular Technology, 2011 https://www.semanticscholar.org/paper/Rate-and-Power-Adaptation-forAnalog-Network-Coding-WangSong/b1fe3f0a5db68c58bdb34c9a5b0869d9821cea5a [15] Rui Wang, Chen Chen, Da Wang, Haige Xiang “The modulation scheme with unknown CSI for analog network coding in multi-antenna relay channel” Procedia Engineering, Vol 29, pp 3364-3370, 2012 https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S187770581200505X [16] K.Ntontin, M.Di Renzo, A.Perez-Neira, C Verikoukis “Analog Network Coding in the Multiple Access Relay Channel: Error Rate Analysis and Optimal Power Allocation” IEEE Trans on Wireless Communications, Vol 14, No 6, pp 3015-3032, June 2015 http://www.cttc.es/publication/analog-network-coding-in-the-multipleaccess-relay-channel-error-rate-analysis-and-optimal-power-allocation/ [17] Al-Fanek, Issa “Collaborative Coding Techniques with Analog Network Coding in Wireless Y-Channel-Relay Networks” Electrical and Computer Engineering, 12 September 2014 https://spectrum.library.concordia.ca/978979/ ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG CỦA MẠNG TRUYỀN THÔNG HỢP TÁC SỬ DỤNG NETWORK CODING ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 45/53 [18] Samar Agnihotri, Sidharth Jaggi, and Minghua Chen “Analog Network Coding in General SNR Regime” Department of Information Engineering, The Chinese University of Hong Kong, Hong Kong, 2012 ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG CỦA MẠNG TRUYỀN THÔNG HỢP TÁC SỬ DỤNG NETWORK CODING ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 46/53 PHỤ LỤC A clear all; clc; close all; %p=1 ; E = 30 ; D1 = 0.1:0.1:0.9; Rh = D1.^(-4); Rf = (1-D1).^(-4); r1 = 0.3; r2 = 0.4; r3 = 0.1; R1 = r1.*log2(1+E); R2 = r2.*log2(1+E); R3 = r3.*log2(1+E); gioihan1 = R1/2; gioihan2 = R2/2; gioihan3 = R3/2; lamda_h = Rh; lamda_f = Rf; for p = 1:length(D1); t h f X Y = = = = = 10^5; sqrt(1/2*lamda_h(p))*(randn(1,t) + 1i*randn(1,t)); %bien ngau nhien sqrt(1/2*lamda_f(p))*(randn(1,t) + 1i*randn(1,t)); %bien ngau nhien abs(h).^2; %Fading power of h1 abs(f).^2; %Fading power of g2 gamma1 = (E.*X.*Y)./(2.*X+Y); gamma2 = (E.*X.*Y)./(2.*Y+X); I1 = (1/2).*(log2(1+gamma1)); I2 = (1/2).*(log2(1+gamma2)); SNR1 = min(I1,I2); %r=0.3 Poutage_ex1(p) = sum( SNR1 < gioihan1 ) / t; Poutage_lowbound1(p) = - exp(-(2.*(Rh(p)+Rf(p))*((2.^R1)-1))/ (E.*Rh(p).*Rf(p))); %r=0.4 Poutage_ex2(p) = sum( SNR1 < gioihan2 ) / t; Poutage_lowbound2(p) = - exp(-(2.*(Rh(p)+Rf(p))*((2.^R2)-1))/ (E.*Rh(p).*Rf(p))); %r=0, R=1 Poutage_ex3(p) = sum( SNR1 < gioihan3 ) / t; ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG CỦA MẠNG TRUYỀN THÔNG HỢP TÁC SỬ DỤNG NETWORK CODING ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 47/53 Poutage_lowbound3(p) = - exp(-(2.*(Rh(p)+Rf(p))*((2.^R3)-1))/ (E.*Rh(p).*Rf(p))); end Poutage_ex_1 = Poutage_ex1; Poutage_lowbound_1 = Poutage_lowbound1; Poutage_ex_2 = Poutage_ex2; Poutage_lowbound_2 = Poutage_lowbound2; Poutage_ex_3 = Poutage_ex3; Poutage_lowbound_3 = Poutage_lowbound3; plot(D1,Poutage_ex_1,'r','LineWidth',2.5) hold on; grid on; plot(D1, Poutage_lowbound_1,'rd','LineWidth',2.5) hold on; grid on; plot(D1,Poutage_ex_2,'b ','LineWidth',2.5) hold on; grid on; plot(D1, Poutage_lowbound_2,'bs','LineWidth',2.5) hold on; grid on; plot(D1,Poutage_ex_3,'g.-','LineWidth',2.5) hold on; grid on; plot(D1, Poutage_lowbound_3,'go','LineWidth',2.5) hold on; grid on; legend('Exact outage probability by simulation r = 0.3','Lower-bound of outage probability by analysis r = 0.3','Exact outage probability by simulation r = 0.4','Lower-bound of outage probability by analysis r = 0.4','Exact outage probability by simulation r = 0.1','Lower-bound of outage probability by analysis r = 0.1'); xlabel('D1'),ylabel('Average outage probability'); clear all; clc; close all; %p=1 ; E1 = 999999999;%dB E2 = 100;%dB E3 = 10;%dB ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG CỦA MẠNG TRUYỀN THÔNG HỢP TÁC SỬ DỤNG NETWORK CODING ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 48/53 E4 = 1;%dB D1 = 0.5; r = 0.1:0.1:1; Rh = D1.^(-4); Rf = (1-D1).^(-4); d1 = ((2.*(Rh+Rf).*(1+r.*E1.*(1+E1).^(r-1)-(1+E1).^r))./(E1.*Rh.*Rf.*(1exp((2.*(Rh+Rf).*((1+E1).^r-1))./(E1.*Rh.*Rf)))); d2 = ((2.*(Rh+Rf).*(1+r.*E2.*(1+2).^(r-1)+(1+E2).^r)))./(E2.*Rh.*Rf.*(1exp((2.*(Rh+Rf).*((1+E2).^r-1))./(E2.*Rh.*Rf)))); d3 = ((2.*(Rh+Rf).*(1+r.*E3.*(1+E).^(r-1)-(1+E3).^r))./(E3.*Rh.*Rf.*(1exp((2.*(Rh+Rf).*((1+E3).^r1))./(E3.*Rh.*Rf)))); plot(r,d1,'rd-','LineWidth',1.5) hold on; grid on; plot(r,d2,'bo-','LineWidth',1.5) hold on; grid on; plot(r,d3,'g*-','LineWidth',1.5) hold on; grid on; plot(r,d4,'ks-','LineWidth',1.5) hold on; grid on; legend('10logE = Infinite','10logE = 20dB','10logE = 10dB','10logE = 0dB'); ylabel('Diversity gain d(r,E)'),xlabel('Multiplexing gain r'); clear all; clc; close all; %p=1 ; D1 = 0.5; Rh = D1.^(-4); Rf = (1-D1).^(-4); r1 = 0.1; r2 = 0.4; lamda_h = Rh; lamda_f = Rf; ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG CỦA MẠNG TRUYỀN THÔNG HỢP TÁC SỬ DỤNG NETWORK CODING ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 49/53 EdB = 0:5:40; E = 10.^(Ed/10); R1 = r1.*log2(1+E); R2 = r2.*log2(1+E); gioihan1 = R1/2; gioihan2 = R2/2; t = 10^5; h = sqrt(1/2/lamda_h)*(randn(1,t) + 1i*randn(1,t)); %bien ngau nhien f = sqrt(1/2/lamda_f)*(randn(1,t) + 1i*randn(1,t)); %bien ngau nhien X = abs(h).^2; %Fading power of h1 Y = abs(f).^2; %Fading power of g2 X1 = abs(h); Y1 = abs(f); for p = 1:length(E); %Optimal Er = 3.*E(p)./2; E1 = 3.*Y1.*E(p)./(2.*(X1+Y1)); E2 = 3.*X1.*E(p)./(2.*(X1+Y1)); gamma1 = (Er.*EX.*Y)./((Er+E1).*X+E2.*Y); gamma2 = (Er.*E1.*X.*Y)./((Er+E2).*Y+E1.*X); I1 = (1/2).*(log2(1+gamma1)); I2 = (1/2).*(log2(1+gamma2)); SNR1 = min(I1,I2); %r=0.1 Poutage_ex_optimal(p) = sum( SNR1 < gioihan1(p) ) / t; %r=0.4 Poutage_ex_optimal_1(p) = sum( SNR1 < gioihan2(p) ) / t; %Equalgamma4 = (E(p).*X.*Y)./(2.*Y+X); I3 = (1/2).*(log2(1+gamma3)); I4 = (1/2).*(log2(1+gamma4)); SNR = min(I3,I4); %r=0.1 Poutage_ex_equal(p) = sum( SNR < gioihan1(p)) / t; Poutage_lowbound_equal(p) = - exp(-2.*(Rh+Rf)*(2^R1(p)-1)./ (E(p).*Rh.*Rf)); %r=0.4Poutage_lowbound_equal1(p) = - exp(-2.*(Rh+Rf)*(2.^R2(p)-1)./ (E(p).*Rh.*Rf)); end %r=0.1 Poutage_exoptimal1 = Poutage_ex_optimal; %r=0.1 Poutage_exequal01 = Poutage_ex_equal; Poutage_lowboundequal01 = Poutage_lowbound_equal; %r=0.4 Poutage_exoptimal04 = Poutage_ex_optimal_1; %r=0.4 Poutage_exequal04 = Poutage_ex_equal1; ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG CỦA MẠNG TRUYỀN THÔNG HỢP TÁC SỬ DỤNG NETWORK CODING ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 50/53 Poutage_lowboundequ4 = Poutage_lowbound_equal1; %r=0.1 %Equal plot(EdB,Poutage_lowboundequal01,'g ','LineWidth',2.5) hold on; grid on; plot(EdB,Poutage_exequal01,'bd','LineWidth',2.5) hold on; grid on; %Optimal plot(EdB,Poutage_exoptimal01,'rs-','LineWidth',2.5) hold on; grid on; %r = 0.4 %Equal plot(EdB,Poutage_lowboundequal04,'g ','LineWidth',2.5) hold on; grid on; plot(EdB,Poutage_exequal04,'bh','LineWidth',2.5) hold on; grid on; %Optimal plot(EdB,Poutage_exoptimal04,'rs-','LineWidth',2.5) hold on; grid on; %xlim([0 0.01]); legend('Lower bound of outage probability by analysis with equal allocation','Exact outage probability by simulation with equal power allocation','Exact outage probability by simulation with optimal power allocation'); xlabel('10log10E'),ylabel('Average outage probability'); clear all; clc; close all; %p=1 ; EdB = 20; E = 10.^(EdB/10) ; D1 = 0.1:0.1:0.9; Rh = D1.^(-4); Rf = (1-D1).^(-4); ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG CỦA MẠNG TRUYỀN THÔNG HỢP TÁC SỬ DỤNG NETWORK CODING ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 51/53 lamda_h = Rh; lamda_f = Rf; t = 10^5; for p = 1:length(D1); h = sqrt(1/2*lamda_h(p))*(randn(1,t) + 1i*randn(1,t)); %bien ngau nhien f = sqrt(1/2*lamda_f(pandn(1,t) + 1i*randn(1,t)); %bien ngau nhien X = abs(h).^2; %Fading power of h1 Y = abs(f).^2; %Fading power of g2 X1 = abs(h); Y1 = abs(f); Er = 3.*E./2; E1 = 3.*Y1*E./(2.*(X1+Y1)); E2 = 3.*X1*E./(2.*(X1+Y1)); %EqualPower gamma1 = (E.*X.*Y)./(2.*X+Y); gamma2 = (E.*X.*Y)./(2.*Y+X); I1 = (1/2)*(log2(1+gaa1)); I2 = (1/2)*(log2(1+gamma2)); I(p) = sum(I1 + I2)/t; %Optimal gamma3 = (Er.*E2.*X.*Y)./((Er+E1).*X+E2.*Y); gamma4 = (Er.*E1.*X.*Y)./((Er+E2).*Y+E1.*X); P1 = (1/2).*(log2(1+gamma3)); P2 = (1/2).*(log2(1+gamma4)); P(p) = sum(P1 + P2); end EqualPower = I; OptimalPower = P; plot(D1,EqualPower,'bh-','LineWidth',2.5) hold on; grid on; plot(D1,OptimalPower,'rs ','LineWidth',2.5) hold on; grid on; legend('Simulation with equal allocation','Simulation with the optimal power allocation'); xlabel('D1'),ylabel('Average Mutual Infomation'); ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG CỦA MẠNG TRUYỀN THÔNG HỢP TÁC SỬ DỤNG NETWORK CODING ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 52/53 ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG CỦA MẠNG TRUYỀN THÔNG HỢP TÁC SỬ DỤNG NETWORK CODING ... nghiên cứu mạng vô tuyến ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG CỦA MẠNG TRUYỀN THÔNG HỢP TÁC SỬ DỤNG NETWORK CODING ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 3/53 Mạng hợp tác ngày thu hút quan tâm công nghệ thông tin truyền thơng... gói truyền phiên trộn Trong ANC, truyền truyền đồng thời Kênh truyền trộn tín hiệu Thay truyền gói trộn, router khuếch đại truyền tín hiệu trộn ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG CỦA MẠNG TRUYỀN THÔNG HỢP TÁC SỬ... gói sử dụng để giải mã tín hiệu nhiễu Do đó, đặt header sau chuỗi dẫn đường để Alice biết nguồn, đích số thứ tự chuỗi Sử dụng ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG CỦA MẠNG TRUYỀN THÔNG HỢP TÁC SỬ DỤNG NETWORK CODING