Nghiên cứu các kỹ thuật chuyển tiếp trên kênh thông tin thủy âm

Bài báo thực hiện nghiên cứu các kỹ thuật chuyển tiếp trong mạng truyền thông chuyển tiếp dưới nước. Dung lượng kênh thông tin thủy âm với các kỹ thuật xử lý chuyển tiếp khác nhau được thể hiện thông qua mô phỏng Matlab.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Nghiên cứu các kỹ thuật chuyển tiếp trên kênh thông tin thủy âmKỹ thuật điện tử NGHIÊN CỨU CÁC KỸ THUẬT CHUYỂN TIẾP TRÊN KÊNH THÔNG TIN THỦY ÂM Nguyễn Tuấn Anh1*, Trần Xuân Nam1 Tóm tắt: Bài báo thực hiện nghiên cứu các kỹ thuật chuyển tiếp trong mạng truyền thông chuyển tiếp dưới nước. Dung lượng kênh thông tin thủy âm với các kỹ thuật xử lý chuyển tiếp khác nhau được thể hiện thông qua mô phỏng Matlab.Từ khóa: Điện tử viễn thông, Thông tin thủy âm, Kỹ thuật chuyển tiếp. 1. ĐẶT VẤN ĐỀ Truyền thông dưới nước đang là một lĩnh vực phát triển nhanh chóng hiện nay.Sóng truyền trong kênh thông tin dưới nước là sóng âm, bị ảnh hưởng chủ yếu bởisự thay đổi các yếu tố của kênh truyền [2], sự lan truyền đa đường, hiệu ứngDoppler, băng thông hạn chế…điều này làm tăng tỉ lệ lỗi bit và giảm tốc độ truyềndữ liệu. Bên cạnh đó, truyền thông chuyển tiếp đang được nghiên cứu rộng rãi nhưmột giải pháp quan trọng trong việc cải thiện dung lượng, mở rộng phạm vi vùngphủ và hứa hẹn là một giải pháp hiệu quả cho kênh thông tin dưới nước. Từ đó, tác giả thực hiện nghiên cứu, mô phỏng các kỹ thuật chuyển tiếp trongmạng truyền thông chuyển tiếp trên kênh thủy âm. 2. CÁC KỸ THUẬT XỬ LÝ CHUYỂN TIẾP ỨNG DỤNG TRÊN KÊNH THỦY ÂM Hình 1. Mô hình hệ thống truyền thông chuyển tiếp dưới nước.4 N. T. Anh, Tr. X. Nam “Nghiên cứu các kỹ thuật chuyển tiếp trên kênh thông tin thủy âm.”Nghiên cứu khoa học công nghệ Truyền thông chuyển tiếp thực hiện truyền dẫn một bản tin từ nguồn đến đíchnhờ sự hợp tác của một hay nhiều nút trung gian. Mô hình truyền thông chuyểntiếp dưới nước gồm có một nút nguồn s, một nút chuyển tiếp r và một nút đích d,được thể hiện ở hình 1. Một tuyến truyền dẫn từ nguồn tới đích được chia thành 2pha. Ở pha 1, nút nguồn thực hiện phát tín hiệu quảng bá đến cả nút chuyển tiếp vànút đích. Ở pha 2, nút chuyển tiếp thực hiện xử lý tín hiệu rồi chuyển tiếp đến nútđích, sau đó thực hiện các kỹ thuật kết hợp tín hiệu tại nút đích. Các tín hiệu thu được Yd và Yr trong pha 1 tại nút đích d và nút chuyển tiếp r cóthể được biểu diễn theo [6]: Ys ,d  PsGs ,d X  ns ,d , (1) Ys ,r  PsGs ,r X  ns ,r , trong đó: Ps là công suất phát tại nút nguồn s, X là symbol thông tin phát, ns,d , ns ,r là các tạp âm cộng tính tại nút đích và nút chuyển tiếp tương ứng với thời điểm nhận tín hiệu từ nút nguồn, Gs ,d và Gs ,r tương ứng là độ lợi kênh từ s tới d và từ s tới r. Giả sử công suất tạp âm là như nhau với mọi liên kết, khi đó tỉ số tín hiệu trêntạp âm SNR của đường liên kết trực tiếp là: PG (2) SNR sDT,d  s 2s ,d , và tốc độ thông tin của đường trực tiếp sẽ là: Rs ,d  W log 2 1  SNRsDT ,d  , (3)với W là băng thông của kênh. Ở pha 2, nút chuyển tiếp thực hiện xử lý tín hiệunhận được ở pha 1 bằng một kỹ thuật xử lý được biểu diễn bởi hàm q Ys,r  rồichuyển tiếp tới đích. Tín hiệu nhận được tại nút đích được biểu diễn bởi: Yr ,d  Pr Gr ,d q Ys ,r   ns ,d , (4) trong đó: Gr ,d là độ lợi kênh từ nút chuyển tiếp tới đích.Trong phần tiếp theo, phẩm chất của các kỹ thuật xử lý chuyển tiếp AF (amplify-and-forward) và DF (decode-and-forward) sẽ được xem xét và đánh giá.2.1. Kỹ thuật xử lý khuếch đại-chuyển tiếp (AF) Ở kỹ thuật này, nút chuyển tiếp nhận tín hiệu phát từ nút nguồn, sau đó chỉ thựchiện khuếch đại với hệ số  r rồi chuyển tiếp tới đích. Hệ số  r được chọn sao choTạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san Viện Điện tử, 10 - 2015 5 Kỹ thuật điện tửcó thể bù lại suy hao của kênh truyền giữa nguồn-chuyển tiếp. Hệ số khuếch đạithường được lựa chọn là [11]: 1 (5) r  . PsGs ,r  N 0 Tín hiệu nhận được tại nút đích sẽ là: Yr ,d  Pr Gr ,d  r   PsGs ,r X  nsr  nrd (6) Pr Grd PsGsr Pr Grd  X nsr  nrd . PsGsr  N 0 PsGsr  N 0 Khi đó tỉ số SNR của tín hiệu chuyển tiếp và lượng tin thu được tại nút đích (khisử dụng kỹ thuật kết hợp tỉ số cực đại MRC) được tính theo (7) và (8). Ps Pr Grd Gsr (7) SNRsAF , r ,d  ,   Pr Grd  PsGsr    2 2 1 (8) RsAF , r ,d  W log 2 1  SNRsDT ,d  SNRs ,r ,d  . AF 22.2. Kỹ thuật xử lý giải mã-chuyển tiếp (DF) Kỹ thuật giải mã chuyển ti ...