Đánh giá xác suất dừng của mạng vô tuyến nhận thức dạng nền dưới tác động đồng thời của tương quan kênh truyền và khiếm khuyết phần cứng

Trong bài báo này, tác giả đánh giá hiệu năng của mạng vô tuyến nhận thức dạng nền dưới tác động đồng thời của tương quan kênh truyền và khiếm khuyết phần cứng. Trong mạng thứ cấp của mô hình được đề xuất, nút nguồn gửi dữ liệu đến nút đích. Nút đích được trang bị với hai ănten thu và sử dụng kỹ thuật kết hợp chọn lựa để kết hợp các tín hiệu nhận được.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Đánh giá xác suất dừng của mạng vô tuyến nhận thức dạng nền dưới tác động đồng thời của tương quan kênh truyền và khiếm khuyết phần cứng Tạp chí Khoa học và Kỹ thuật - Học viện KTQS - Số 190 (04-2018) ĐÁNH GIÁ XÁC SUẤT DỪNG CỦA MẠNG VÔ TUYẾN NHẬN THỨC DẠNG NỀN DƯỚI TÁC ĐỘNG ĐỒNG THỜI CỦA TƯƠNG QUAN KÊNH TRUYỀN VÀ KHIẾM KHUYẾT PHẦN CỨNG Phạm Thị Đan Ngọc1,2 , Trần Trung Duy1 , Hồ Văn Khương2 Tóm tắt Trong bài báo này, chúng tôi đánh giá hiệu năng của mạng vô tuyến nhận thức dạng nền dưới tác động đồng thời của tương quan kênh truyền và khiếm khuyết phần cứng. Trong mạng thứ cấp của mô hình được đề xuất, nút nguồn gửi dữ liệu đến nút đích. Nút đích được trang bị với hai ănten thu và sử dụng kỹ thuật kết hợp chọn lựa để kết hợp các tín hiệu nhận được. Ngoài ra, nút nguồn phải hiệu chỉnh công suất phát của mình để đáp ứng mức giao thoa tối đa được yêu cầu từ các người dùng sơ cấp. Chúng tôi đưa ra biểu thức dạng tường minh chính xác để đánh giá xác suất dừng trên kênh truyền fading Rayleigh. Cuối cùng, các kết quả mô phỏng máy tính sẽ được thực hiện để kiểm chứng các phân tích lý thuyết. In this paper, we evaluate outage performance of underlay cognitive radio networks under joint impact of channel correlation and hardware impairment. In the secondary network of the proposed system model, a secondary source transmits its signal to a secondary destination which is equipped with two antennas, and uses selection combining technique to combine the received signals. Before transmitting its signal, the secondary source must adapt its transmit power to satisfy the interference power constraint required by multiple primary users. For performance evaluation, we derive an exact closed-form expression of outage probability over Rayleigh fading channels. Our derived expressions are verified by Monte Carlo simulations. Từ khóa Hardware impairment, channel correlation, underlay cognitive radio, outage probability, Rayleigh fading channel. 1. Giới thiệu Một trong những hệ thống thông minh được các nhà nghiên cứu trong và ngoài nước dành nhiều sự quan tâm trong thời gian gần đây đó là mạng vô tuyến nhận thức (cognitive radio) [1]. Vô tuyến nhận thức ra đời trong hoàn cảnh phổ tần ngày càng 1 Học viện Công nghệ bưu chính viễn thông, 2 Đại học Bách khoa Thành phố Hồ Chí Minh 49 Chuyên san Công nghệ thông tin và Truyền thông - Số 11 (04-2018) khan hiếm, trong khi việc sử dụng phổ tần hiện nay lại không hiệu quả. Trong mạng vô tuyến nhận thức, hai loại người dùng khác nhau là người dùng sơ cấp (primary user) và người dùng thứ cấp (second user) cùng tồn tại và chia sẻ phổ tần với nhau. Nếu như người dùng sơ cấp được phép sử dụng phổ tần bất kỳ lúc nào thì người dùng thứ cấp chỉ được sử dụng với điều kiện không gây ảnh hưởng đến chất lượng dịch vụ (QoS) của mạng thứ cấp. Nói cách khác, để hai mạng sơ cấp và thứ cấp có thể cùng sử dụng băng tần một cách hiệu quả thì cần có những phương thức chia sẽ phổ tần hiệu quả để làm sao đảm bảo được QoS cho mạng sơ cấp, đồng thời tăng cường khả năng sử dụng phổ tần cho mạng thứ cấp. Một trong những giải pháp được các nhà nghiên cứu đề xuất đó là kỹ thuật chia sẽ phổ tần dạng nền (underlay spectrum sharing) [2], [3]. Kỹ thuật chia sẽ phổ tần dạng nền đảm bảo được tính liên tục trong quá trình hoạt động truyền/phát dữ liệu của người dùng thứ cấp cũng như người dùng sơ cấp bởi vì trên cùng một băng tần cho phép cả hai hệ thống cùng hoạt động một cách đồng thời. Mặc dù vậy, để áp dụng được kỹ thuật này, người dùng thứ cấp bị ràng buộc về công suất phát của mình, cụ thể, công suất này bị giới hạn tới một mức ngưỡng tối đa cho phép để mức giao thoa gây ra đối với hệ thống sơ cấp không làm ảnh hưởng đến chất lượng dịch vụ của mạng này [2], [3]. Bởi vì công suất phát bị giới hạn, hiệu năng của mạng thứ cấp bị suy giảm nghiêm trọng. Để cải thiện hiệu năng cho mạng thứ cấp, các kỹ thuật phân tập phát/thu đã được áp dụng. Trong [4], nhóm tác giả nghiên cứu kỹ thuật phân tập chọn lựa ănten phát (transmit antenna selection (TAS)) cho mạng vô tuyến nhận thức dạng nền. Trong [5], mô hình phân tập thu sử dụng kỹ thuật kết hợp chọn lựa (selection combining (SC)) được áp dụng tại nút đích thứ cấp. Trong [6], mô hình kết hợp TAS/SC được đưa ra để nâng cao hơn nữa hiệu năng xác suất dừng (outage probability (OP)) cho mạng thứ cấp. Trong bài báo này, chúng tôi nghiên cứu hiệu năng xác suất dừng cho mạng thứ cấp trong môi trường vô tuyến nhận thức dạng nền. Trong mô hình đề xuất, một nút nguồn thứ cấp gửi dữ liệu đến một nút đích thứ cấp trong sự xuất hiện của nhiều người dùng sơ cấp. Nút nguồn chỉ được trang bị với một ănten phát, trong khi nút đích được trang bị với hai ănten và sử dụng kỹ thuật SC để kết hợp các tín hiệu nhận được từ nguồn. Bởi vì các ănten thu tại đích là gần nhau nên các kênh truyền giữa nguồn và đích sẽ có sự tương quan với nhau. Dưới đây, chúng tôi sẽ trình bày những đóng góp chính của bài báo và những điểm khác biệt khi so sánh với các công bố hiện có: • 50 Khác với công trình [5], chúng tôi nghiên cứu mô hình tổng quát với nhiều người dùng sơ cấp. Hơn nữa, mặc dù các công bố như [4], [7], [8] đã khảo sát mô hình vô tuyến nhận thức dạng nền với sự xuất hiện của nhiều người dùng sơ cấp nhưng các tác giả trong [4], [7], [8] đều giả sử rằng kênh truyền giữa các nút phát thứ cấp và những người dùng sơ cấp là đồng nhất. Trong thực tế, vị trí của những người dùng sơ cấp là khác nhau [9], [10], và do đó những kênh truyền này có thể không đồng nhất với nhau. Hơn nữa, các tác giả của [4], [7], [8] đã giả sử rằng mức giao thoa cực đại được quy định tại những người dùng sơ cấp là giống nhau. Tuy nhiên, giá trị giao thoa định mức ở các nút sơ cấp có thể khác nhau vì giá trị này phụ thuộc vào độ lợi kênh trung bình giữa chúng và các nút phát sơ cấp tương ứng [11]. Hơn nữa, mô hình xem xét sự không đồng nhất cả về kênh truyền lẫn Tạp chí Khoa học và Kỹ thuật - Học viện KTQS - Số 190 (04-2018) • • ngưỡng giao thoa cực đại sẽ là một m ...