Tác động của nhiễu điện từ có tính đến yếu tố kênh truyền pha đinh và lọc tuyến tính đến xác suất gián đoạn hoạt động trong mạng không dây

Bài viết phân tích xác suất gián đoạn hoạt động của mạng không dây dựa trên mô hình thống kê theo công suất nguồn nhiễu gần nhất trong điều kiện tác động của pha-đinh và ảnh hưởng của lọc tuyến tính. Đồng thời, bài báo cũng đưa ra đánh giá khả năng gián đoạn hoạt động.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Tác động của nhiễu điện từ có tính đến yếu tố kênh truyền pha đinh và lọc tuyến tính đến xác suất gián đoạn hoạt động trong mạng không dây Nghiên cứu khoa học công nghệ TÁC ĐỘNG CỦA NHIỄU ĐIỆN TỪ CÓ TÍNH ĐẾN YẾU TỐ KÊNH TRUYỀN PHA-ĐINH VÀ LỌC TUYẾN TÍNH ĐẾN XÁC SUẤT GIÁN ĐOẠN HOẠT ĐỘNG TRONG MẠNG KHÔNG DÂY Nguyễn Đức Trường1*, Trần Văn Nghĩa2*, Bùi Hải Đăng3 Tóm tắt: Bài báo phân tích xác suất gián đoạn hoạt động của mạng không dây dựa trên mô hình thống kê theo công suất nguồn nhiễu gần nhất trong điều kiện tác động của pha-đinh và ảnh hưởng của lọc tuyến tính. Đồng thời, bài báo cũng đưa ra đánh giá khả năng gián đoạn hoạt động. Các mô hình pha-đinh phổ biến và các dạng tổng quát cũng như trong điều kiện tác động kết hợp của chúng là được xem xét chi tiết. Kết quả phân tích trong bài báo đã chỉ ra rằng đối với tất cả các phân bố pha- đinh sự kiện gián đoạn hoạt động vẫn bị chi phối bởi nguồn nhiễu gần nhất và là do công suất nguồn nhiễu này vượt ngưỡng. Xác suất gián đoạn hoạt động được xác định theo tổng công suất nhiễu và theo nguồn nhiễu gần nhất là giống nhau ở vùng xác suất gián đoạn hoạt động nhỏ. Điều này giúp đơn giản hóa việc phân tích một cách đáng kể và thu được biểu thức xác suất gián đoạn hoạt động nhỏ gọn. Từ khóa: Mạng không dây; Xác suất gián đoạn hoạt động; Mật độ nút mạng; Quan hệ thỏa hiệp mật độ nút mạng – xác suất gián đoạn hoạt động; Pha-đinh; Khử nhiễu. 1. ĐẶT VẤN ĐỀ Ngày nay với những thành tựu đạt được về công nghệ và nhu cầu người dùng làm gia tăng nhanh chóng về số lượng và mật độ các phương tiện vô tuyến. Điều này đã khiến cho các mạng thông tin không dây tiếp tục phát triển mạnh không chỉ về lý thuyết thông tin mà còn về cả xu thế, lộ trình phát triển cũng như những giới hạn cơ bản (khả năng) để đánh giá tính tối ưu hệ thống khi áp dụng vào thực tiễn [1] – [5]. Tác động nhiễu lẫn nhau giữa một số liên kết (ví dụ: một số người dùng) hoạt động đồng thời đặt ra một giới hạn cơ bản cho hiệu suất mạng. Mô hình thống kê điển hình về nhiễu trong mạng không dây cho đến nay là dựa trên các mô hình vị trí không gian các nút mạng, luật suy hao đường truyền và mô hình hiệu suất máy thu dựa trên ngưỡng. Mô hình phân bố không gian nút được lựa chọn phổ biến nhất là một quá trình xử lý điểm Poisson trên mặt phẳng. Dựa trên mô hình này và bỏ qua ảnh hưởng của pha-đinh, các tác giả trong [6] – [10] đã phát triển các kỹ thuật để đưa ra hàm đặc trưng của tổng nhiễu tại máy thu trong một số trường hợp đặc biệt. Đặc điểm phổ biến của tất cả các nghiên cứu trên là sử dụng tổng nhiễu hoặc tỷ số tín hiệu/(nhiễu+tạp). Mặc dù hàm đặc trưng của tổng số nhiễu có thể thu được dưới dạng rút gọn, đối với những nghiên cứu này vẫn tồn tại hạn chế phổ biến thường rất khó giải quyết, đó là hàm phân bố tích lũy cho phép xác định được chỉ trong một vài trường hợp đặc biệt. Theo đó, trong trong [7], [8] người ta phải sử dụng các giới hạn biên khác nhau và các phép xấp xỉ để làm phức tạp đáng kể cho các phép phân tích. Cũng dựa trên quá trình điểm Poisson đồng nhất trên một mặt phẳng, các tác giả trong [11] và [12] đã xác định khả năng làm việc của mạng theo xác suất gián đoạn hoạt động thông qua giới hạn dưới và trên cũng như khả năng làm việc của mạng khi điểm thu có thể loại bỏ nhiễu mạnh bao gồm cả hiệu ứng pha-đinh. Trong đó, xác suất gián đoạn hoạt động là xác suất mà sự kiện gián đoạn hoạt động xảy ra trong một khoảng thời gian xác định do dung lượng kênh (liên kết) thay đổi dưới mức ngưỡng yêu cầu bởi sự tác động của nhiễu điện từ mạnh. Khi này, nút thu trong liên kết mạng sẽ hoạt động sai chức năng của mình. Một nghiên cứu đáng chú ý nữa là trong [13], xác suất gián đoạn hoạt động ở dạng rút gọn đã thu được cho tín hiệu trong điều kiện pha-đinh loại Rayleigh và Nakagami-m. Tuy Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 61, 6 - 2019 107  Kỹ thuật điều khiển & Điện tử nhiên, cách tiếp cận này không xét đến trường hợp tín hiệu bị những ảnh hưởng pha-đinh loại khác với loại Rayleigh hay Nakagami-m cũng như không xét đến trường hợp khi một số nguồn nhiễu mạnh bị loại bỏ trong máy thu. Cách tiếp cận trong [14] đã sử dụng công suất của bộ gây nhiễu gần nhất (nguồn nhiễu chiếm ưu thế) thay vì dựa vào tổng công suất nhiễu để xác định xác suất gián đoạn hoạt động do tương tác điện từ trường giữa các nút (điểm thu phát) trong mạng, cũng như để xác định mật độ nút trong mạng dưới sự tương tác điện từ trường cho các chiến lược triển khai thực tế. Cách tiếp cận này cho thấy rằng nguồn phát nhiễu gần nhất gây ảnh hưởng lớn nhất đến xác suất gián đoạn hoạt động. So sánh với mô hình theo tổng công suất nhiễu cho thấy cả hai mô hình đều cho kết quả tương tự ở vùng xác suất gián đoạn hoạt động nhỏ (Pout ≤ 0,1). Nhờ đó đã làm đơn giản hóa việc phân tích và thu được các biểu thức dạng rút gọn cho xác suất gián đoạn hoạt động của liên kết người dùng cụ thể, đồng thời cho phép tăng mật độ nút (tăng số người dùng) trung bình trong mạng nhờ vào khử nhiễu trong phần thu. Tuy nhiên, tiếp cận này chưa xét đến điều kiện tín hiệu chịu tác động của các loại pha-đinh. Để sát với điều kiện thực tiễn, trong bài báo này các tác giả tiếp tục sử dụng những kết quả nghiên cứu trong [14] để phân tích xác suất gián đoạn hoạt động mạng không dây trong điều kiện tác động của kênh truyền pha-đinh, bao gồm tất cả các mô hình pha-đinh phổ biến và phân tích hiệu quả của việc áp dụng các kỹ thuật lọc tuyến tính tại điểm thu. Những phân tích đã chỉ ra rằng, so với trường hợp không có pha-đinh, sự ảnh hưởng của một lớp phân bố pha-đinh phổ biến đến xác suất gián đoạn hoạt động là thay đổi với một hằng số nhân. Trong trường hợp pha-đinh loại Rayleigh, hằng số xấp xỉ 1 và ảnh hưởng của nó có thể làm tích cực hay làm tốt lên (hằng số < 1) ho ...