Hội
ThảoQuốc
QuốcGia
Gia 2015
2015 về
về Điện
Nghệ
Thông
Tin (ECIT
2015)
Hội
Thảo
ĐiệnTử,
Tử, Truyền
TruyềnThông
ThôngvàvàCông
Công
Nghệ
Thông
Tin (ECIT
2015)

Khảo Sát Sự Ảnh Hưởng Của Phần Cứng Khơng
Hồn Hảo Lên Mạng Chuyển Tiếp Đa Chặng Trong
Các Môi Trường Fading Khác Nhau
Phạm Minh Quang, Trần Trung Duy và Võ Nguyễn Quốc Bảo
Phịng Thí Nghiệm Thơng Tin Vơ Tuyến
Học Viện Cơng Nghệ Bưu Chính Viễn Thơng.
Email: {phamminhquang,trantrungduy,baovnq}@ptithcm.edu.vn.

Tóm tắt nội dung—Trong bài báo này, chúng tơi khảo sát

hệ thống mạng vô tuyến chuyển tiếp đa chặng với sự ảnh hưởng
của phần cứng khơng hồn hảo. Thơng tin trong hệ thống truyền
thông đa chặng được truyền từ nguồn tới đích thơng qua các nút
chuyển tiếp sử dụng kỹ thuật giải mã-chuyển tiếp DF (Decodeand-Forward). Hiệu năng của hệ thống khảo sát được phân tích
và đáng giá thơng qua tham số xác suất dừng OP và dung lượng
kênh Shannon trung bình trong mơ hình kênh truyền Nakagamim và kênh truyền Rician. Kết quả mô phỏng Monte-Carlo cho
thấy phù hợp chính xác với kết quả phân tích lý thuyết.
Index Terms—chuyển tiếp đa chặng, xác suất dừng, dung lượng
kênh Shannon, phần cứng khơng hồn hảo.

I. GIỚI THIỆU
Ngày nay, mạng truyền thông không dây đem lại nhiều ứng
dụng cho người dùng nhờ vào những tiện ích mà nó mang
lại, do đó yêu cầu mở rộng vùng phủ sóng và chất lượng dịch
vụ ngày càng được nâng cao. Nhiều kỹ thuật được áp dụng
để nâng cao hiệu năng của hệ thống mạng truyền thông vô
tuyến như: vô tuyến nhận thức, truyền thông hợp tác, mạng
chuyển tiếp, kỹ thuật thu thập năng lượng. Kỹ thuật vô tuyến
nhận thức được đề xuất bởi tác giả Mitola [1], nhằm mục đích
nâng cao dung lượng cho những hệ thống mạng vô tuyến khan
hiếm tài nguyên phổ [2]. Vô tuyến nhận thức cho phép chia
sẻ một cách linh hoạt tài nguyên phổ giữa các nút mạng với
nhau, dựa trên những thông tin kênh truyền được biết trước.
Bên cạnh đó, một phương pháp được sử dụng để tăng chất
lượng dịch vụ QoS trong việc truyền dữ liệu ở lớp vật lý là kỹ
thuật truyền thông cộng tác [3]. Các nút chuyển tiếp (relay)
được sử dụng trong hệ thống truyền thơng vơ tuyến nhằm mục
đích mở rộng vùng phủ sóng, tăng độ tin cậy và cải thiện chất
lượng dịch vụ đến người dùng, nhờ vào giá thành rẻ và có thể
triển khai linh hoạt hệ thống các nút mạng chuyển tiếp. Nhiều

nghiên cứu lý thuyết và thực tế về mạng vô tuyến chuyển tiếp
đã được công bố trong thập niên vừa qua [4]–[8]. Trong báo
cáo [5], hiệu năng của hệ thống truyền thông vô tuyến với
các nút chuyển tiếp có độ lợi cố định được trình bày. Các loại
relay khác nhau đã được nghiên cứu và khảo sát sử dụng cho
mạng WiMAX và hệ thống thông tin di động LTE [7]. Tuy
nhiên, các nghiên cứu liên quan đến truyền thống vô tuyến
hầu hết đều giả sử rằng phần cứng của các thiết bị là hoàn
hảo. Thực tế là, phần cứng của các thiết bị truyền thông vô

tuyến là không hồn hảo trong thực tế, bởi sự nhiễu pha, sự
khơng cân bằng I/Q và sự khơng tuyến tính trong bộ khuếch
đại [9]–[13]. Các nghiên cứu công bố của tác giả Bjăornson
v cỏc tỏc gi khỏc thc hin ỏnh giỏ hiu năng của các mơ
hình chuyển tiếp hai chặng dưới sự tác động của phần cứng
khơng hồn hảo [9], [10]. Sự khơng hồn hảo của phần cứng
thiết bị sẽ gây ra can nhiễu đến các tín hiệu thu phát, do đó
sẽ ảnh hưởng đến hiệu năng của các hệ thống truyền thông
vô tuyến [14]–[16]. Ảnh hưởng của phần cứng không lý tưởng
lên hiệu năng bảo mật của hệ thống MIMO nhận thức đã được
phân tích, nút chuyển tiếp sử dụng kỹ thuật truyền bán song
cơng và song cơng trong mơ hình kênh truyền Rayleigh [17].
Trong [18], hiệu năng của mạng truyền thông chuyển tiếp
sử dụng kỹ thuật khuếch đại-chuyển tiếp AF (Amplify-andForward) hai chiều đã được phân tích trong trường hợp phần
cứng khơng hồn hảo. Trong bài báo này, chúng tơi trình bày
khảo sát mơ hình mạng chuyển tiếp đa chặn trong các mơi
trường fading với phần cứng khơng hồn hảo. Các cơng trình
nghiên cứu trước đây tập trung chủ yếu vào nghiên cứu hiệu
năng của hệ thống truyền thông trên kênh truyền Rayleigh.
Trong báo cáo [13], các tác giả đã nghiên cứu hiệu năng của

hệ thống truyền thông vô tuyến hai chặn có sự ảnh hưởng phần
cứng khơng hồn hảo và nhiễu đồng kênh CCI (Co-Channel
Interference) trong mơ hình kênh truyền fading Rayleigh. Tuy
nhiên, trong thực tế, hệ thống tryền thơng chuyển tiếp có thể
có các kênh truyền có các phân phối thống kê khác nhau. Vì
vậy, chúng tơi trình bày kết quả nghiên cứu đánh giá hiệu năng
hệ thống vơ tuyến chuyển tiếp đa chặng trong mơ hình kênh
truyền fading Nakagami-m và kênh Rician, hai mơ hình kênh
truyền có phân bố mang tính tổng qt hóa. Chúng ta có thể
xác định hiệu năng của kênh truyền vô tuyến đơn giản như
kênh truyền Rayleigh là một trường hợp đặc biệt của mơ hình
kênh truyền fading Nakagami-m hay kênh Rician. Để đánh giá
hiệu năng của hệ thống khảo sát, chúng tôi giả sử đơn giản
rằng các nút chuyển tiếp được đặt ở những khoảng cách đều
nhau từ nút nguồn đến nút đích. Thơng tin từ nguồn truyền
đích qua tất cả các nút chuyển tiếp, trong đó các nút chuyển
tiếp sử dụng kỹ thuật giải mã-chuyển tiếp DF (Decode-andForward) [4]. Do đó, để hệ thống truyền thông xuyên suốt, bất
kỳ một nút chuyển tiếp nào thuộc hệ thống phải đảm bảo thành
công trong việc thu nhận và phát chuyển tiếp thông tin đến
nút chuyển tiếp tiếp theo hướng về đích cuối cùng. Hiệu năng

471

ISBN: 978-604-67-0635-9

471


HộiHội
Thảo

Quốc
Gia
2015
và Cơng
CơngNghệ
NghệThơng
Thơng
(ECIT
2015)
Thảo
Quốc
Gia
2015vềvềĐiện
ĐiệnTử,
Tử,Truyền
TruyềnThơng
Thơng và
TinTin
(ECIT
2015)

1

0
1

Hình 1.

2


1

và thiết bị thu nút Ni khơng hồn hảo, cơng thức (1) được
viết lại như sau:

M

2

M-1

2

M

yi =

M

Mơ hình chuyển tiếp đa chặng.

của hệ thống khảo sát đã được phân tích để đánh giá thơng
qua hai thơng số quan trọng của hệ thống là xác suất dừng và
dung lượng kênh. Chúng tôi thực hiện mô phỏng Monte-Carlo
để thẩm tra kết quả phân tích lý thuyết.
Phần cịn lại của bài báo được tổ chức như sau: trong phần II,
chúng tơi mơ tả mơ hình hệ thống được đề xuất. Trong phần
III, chúng tôi đánh giá hiệu năng của hệ thống đề xuất. Phần
IV cung cấp các kết quả mô phỏng và phân tích lý thuyết.
Cuối cùng, chúng tơi kết luận bài báo trong phần V.

II. MƠ HÌNH KHẢO SÁT
Đầu tiên, chúng ta cùng xem xét mơ hình hệ thống mạng
vô tuyến nhận thức chuyển tiếp được mô tả trong Hình. 1. Hệ
thống bao gồm nút nguồn (N0 ), nút đích (NM ) và các nút
chuyển tiếp Ni , trong đó chỉ số i chạy từ 1 đến M − 1 thể
hiện vị trí của các nút chuyển tiếp từ gần với nguồn nhất N1
đến xa nguồn nhất NM −1 . Các nút chuyển tiếp Ni thực hiện
việc thu nhận tiến hiệu, giải mã, và sau đó phát chuyển tiếp
đến nút Ni+1 . Để hệ thống truyền thông xuyên suốt, thơng tin
từ nguồn truyền thành cơng đến đích, tất cả cách nút chuyển
tiếp Ni phải đảm bảo sự tiếp nhận dữ liệu của nguồn thành
cơng. Nói cách khác, mơ hình hệ thống không thể truyền dữ
liệu từ nguồn N0 đến đích NM khi có bất kỳ một sự truyền dữ
liệu nào từ nút Ni đến nút Ni+1 là không thành cơng. Bài báo
này tác giả xem xét mơ hình chuyển tiếp sử dụng kỹ thuật giải
mã và chuyển tiếp DF (Decode-and-Forward). Nút N0 truyền
dữ liệu đến nút N1 trong khe thời gian thứ nhất. Nếu nút N1
giải mã thành công, nút này sẽ thực thiện việc gửi dữ liệu đến
nút N2 trong khe thời gian thứ hai. Quá trình này cứ lặp lại
như thế qua toàn bộ các nút chuyển tiếp và đến đích.
Xét sự truyền nhận dữ liệu ở chặng thứ i giữa nút Ni−1 và
Ni , sử dụng mơ hình suy hao đơn giản, tín hiệu nhận được tại
Ni với phần cứng hồn hảo có thể được biểu diễn bằng công
thức sau:
yi =

P d−β
i hi x + ν i ,

(1)


trong đó, P là cơng suất phát của nút Ni−1 và cũng là công
suất phát của tất cả các nút khác), β biểu diễn hệ số suy hao
đường truyền, hi và di lần lượt biểu diễn hệ số kênh truyền
và khoảng cách giữa các nút Ni−1 và Ni , νi là nhiễu Gauss
cộng vào tín hiệu nhận được ở nút Ni .
Từ cơng thức (1), ta có thể xây dựng biểu thức tỷ số cơng suất
tính hiệu trên nhiễu giữa Ni−1 và Ni như sau:
2
P d−β
2
i |hi |
γi =
= Ψd−β
i |hi | ,
N0

(2)

với Ψ = P/N0 là tỷ số công suất phát và phương sai của
nhiễu Gauss N0 . Nếu phần cứng của thiết bị phát nút Ni−1

t
r
P d−β
i hi x + ηi−1 + ηi + νi ,

(3)

t

t
Trong công thức (3), ηi−1
lần lượt là nhiễu gây ra do
và ηi−1
méo dạng từ phần cứng của thiết bị phát nút Ni−1 và thiết
t
t
và ηi−1
có thể được mơ hình bằng
bị thu nút Ni . Nhiễu ηi−1
nhiễu Gauss với giá trị trung bình bằng 0 và phương sai lần
lượt là κti−1 và κri P |hi |2 (xem các tài liệu [13], [17]), trong
đó, κti−1 và κri lần lượt là các hằng số dương mô tả độ suy
hao phần cứng của thiết bị phát ở nút Ni−1 và thiết bị thu ở
nút Ni . Khi đó, tỷ số cơng suất tín hiệu trên nhiễu tức thời
được viết ra tương tự như trong [19], [20]:

γi =

2
Ψd−β
i |hi |

2
θi Ψd−β
i |hi | + 1

(4)

,


trong đó, θi = κti−1 + κri là tổng suy hao phần cứng. Nghiên
cứu trình bày trong bài báo này khảo sát mơ hình chuyển tiếp
đa chặng sử dụng kỹ thuật giải mã và chuyển tiếp. Do đó, tỷ
số cơng suất tín hiệu trên nhiễu từ đầu cuối đến đầu cuối được
tính bởi công thức sau:
γe2e =
=

min

i=1,2,...,M

min

i=1,2,...,M

(γi )
2
Ψd−β
i |hi |

2
θi Ψd−β
i |hi | + 1

.

(5)


Kế tiếp ta xét đến dung lượng kênh Shanon tức thời C của hệ
thống sử dụng M chặng được định nghĩa bởi:
Ce2e =

1
log2 (1 + γe2e ) ,
M

(6)

trong đó, hệ số 1/M cho biết hệ thống sử dụng M khe thời
gian để truyền dữ liệu.
III. ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG HỆ THỐNG
Trong bài báo nghiên cứu này, hiệu năng của hệ thống sẽ
được nghiên cứu và đánh giá thông qua hai tham số quan
trọng: xác suất dừng (Outage Probability (OP)) và dung lượng
kênh Shanon trung bình (Average Channel Capacity (CC)) trên
các kênh truyền fading khác nhau.
A. Xác suất dừng (OP) và dung lượng kênh Shannon trung
bình (CC)
Một trong những tham số đánh giá hiệu năng quan trọng
cho hệ thống là xác suất dừng, được định nghĩa xác suất mà
dung lượng kênh tức thấp hơn một tốc độ cho phép. Xác suất
dừng từ đầu cuối đến đầu cuối của hệ thống truyền thơng đa
chặng được tính một cách tổng qt như sau:
OP = Pr [Ce2e < Rth ] = Fγe2e (ρth ) .

(7)

Trong công thức (7), Rth là ngưỡng tốc độ dừng, ρth =

2M Rth − 1 là ngưỡng dừng của tỷ số tín hiệu trên nhiễu và
Fγe2e (ρth ) là ký hiệu của hàm phân phối tích luỹ (CDF) của
biến ngẫu nhiên γe2e . Giả sử các chặng từ nguồn đến đích là

472

472


Hội Thảo
Thảo Quốc
Quốc Gia
Tử,
Thông
và và
Công
Nghệ
Thông
Tin (ECIT
2015)2015)
Hội
Gia2015
2015vềvềĐiện
Điện
Tử,Truyền
Truyền
Thông
Công
Nghệ
Thông

Tin (ECIT

độc lập, thay kết quả trong công thức (5) vào trong công thức
(7), xác suất dừng của hệ thống được viết lại:
OP = Fγe2e (ρth )
= Pr

Ψd−β
i |hi |

min

θi Ψd−β
i |hi | + 1

Ψd−β
i |hi |

min

=1−

1 − Pr

i=1
M

2

1 − Pr (1 − θi ρth ) γi <


i=1

≥ ρth

2

θi Ψd−β
i |hi | + 1

< ρth
dβi ρth
Ψ

(8)

,

trong đó, γi = |hi |2 là độ lợi kênh truyền của chặng thứ i.
Xét riêng xác suất trong công thức (8), ta có:

OP = Fγe2e (ρth )


1,

=

Fγi


=

ρth ≥ 1/θi ,

dβ
i ρth
Ψ(1−θi ρth )

(9)

, ρth < 1/θi ,

max

i=1,2,...,M

dβ
i ρth
Ψ(1−θi ρth )

CC =

ρth ≥ 1/θmax ,
(10)

1
CC =E {Ce2e } =
M ln 2

+∞


Γ(mi )

ρth ≥ 1/θmax ,
, ρth < 1/θmax .
(14)

M

γ (mi ,mi dβ
i x/Ψ/(1−θi x))
Γ(mi )

1−

i=1

dx .

1+x

ln (1 + x) fγe2e (x) dx , (11)

(15)

Ở đây, tích phân trong cơng thức (15) có thể dễ dàng tính
được bằng các phần mềm máy tính như MATLAB hay
MATHEMATICA.
2) Kênh Rician: Đối với kênh truyền Rician, hàm CDF của
độ lợi kênh γi có thể được xác định như sau:

Fγi (x) = 1 − Q1

2Ki ,

2 (1 + Ki ) x ,

(16)

với Ki là hệ số Rician tại chặng thứ i và Q1 (., .) là hàm
Marcum-Q. Kết hợp (16) và (10), OP được đưa ra như bên
dưới:

0

với E {.} là ký hiệu của toán tử tính giá trị trung bình và
fγe2e (x) là hàm mật độ xác suất của biến ngẫu nhiên γe2e .
Để đánh giá hiệu năng của hệ thống, việc quan trọng nhất
là tìm hàm CDF Fγe2e (x). Nếu xác định được hàm CDF
Fγe2e (x), hàm mật độ xác suất (PDF) fγe2e (x) sẽ tính được
bằng cách lấy đạo hàm Fγe2e (x) theo x . Tuy nhiên, một khi
chúng ta đã có được hàm CDF Fγe2e (x), sử dụng tích phân
từng phần cho (11), ta có thể viết lại CC dưới dạng sau:
1/θmax
0

β
mi d ρth
i
Ψ(1−θi ρth )


γ mi ,

0

(θi ) là mức suy hao phần cứng lớn nhất

1
M ln 2

1−

1
M ln 2

, ρth < 1/θmax ,

trên tồn chặng. Cơng thức (10) cho thấy rằng một khi ngưỡng
dừng ρth lớn hơn 1/θmax , hệ thống khảo sát sẽ luôn bị dừng
bất chấp các thơng số cịn lại.
Tiếp theo, dung lượng kênh trung bình của hệ thống CC được
biểu diễn bởi công thức (11) bên dưới

CC =

i=1

1/θmax

i=1


với θmax =


1 −

M

Sử dụng (14) cho (12), ta có thể tính chính xác dung lượng
kênh trung bình CC như trong công thức số (15)

ở đây, Fγi (.) là hàm CDF của biến ngẫu nhiên γi .
Thay (9) vào trong (8), ta có:
OP = Fγe2e (ρth )

1,
M
=
1 − Fγi
1 −

(13)

trong đó, Γ(.) và γ (., .) lần lượt là kí hiệu của hàm
Gamma [21, eq. (8.310.1)] và hàm Gamma khơng hồn
chỉnh [21, eq. (8.350.1)]; với mi là hệ số của kênh fading
Nakagami-m tại chặng i. Trong bài báo này, để đơn giản
tính tốn, ta giả sử rằng giá trị trung bình của γi bằng 1
(E {γi } = 1). Thay (13) vào (10), xác suất dừng OP của mơ
hình khảo sát được tính bằng một biểu thức dạng tường minh
như sau:


dβ ρth
Pr (1 − θi ρth ) γi < i
Ψ
1,

γ (mi , mi x)
,
Γ(mi )

Fγi (x) =

2

Ψd−β
i |hi |

1) Kênh Nakagami-m: Trong mơ hình kênh truyền này,
hi là hệ số kênh truyền fading Nakagami-m và độ lợi kênh
truyền là biến ngẫu nhiên có phân bố Gamma. Hàm CDF CDF
Fγe2e (x) có thể được đưa ra như sau:

2

θi Ψd−β
i |hi | + 1

i=1,2,...,M

M


=1−

< ρth

2

i=1,2,...,M

= 1 − Pr

2

B. Kênh truyền Fading

1 − Fγe2e (x)
dx .
1+x

OP = Fγe2e (ρth )

1,




M
√
=
1− Q1 2Ki ,



 i=1

2 (1 + Ki )
dβ ρ

i th
× Ψ(1−θ
i ρth )

 ρth ≥ 1/θmax ,
, ρth < 1/θmax .

(17)

Rồi thì, dung lượng kênh trung bình được đưa ra dưới dạng
tích phân một lớp:

(12)

1/θmax

CC =

Ở phần tiếp theo, chúng tơi sẽ khảo sát các kênh truyền fading
khác nhau như kênh Nakagami-m và kênh Rician. Đây là
những kênh truyền tổng quát và thông dụng trong thực tế.

1

M ln 2

473

Q1

i=1

√

2Ki ,

dβ x

i
2 (1 + Ki ) Ψ(1−θ
i x)

1+x
0

473

M

dx.
(18)


Thảo

Quốc
Gia
2015vềvềĐiện
ĐiệnTử,
Tử,Truyền
TruyềnThơng
Thơng và
TinTin
(ECIT
2015)
HộiHội
Thảo
Quốc
Gia
2015
và Cơng
CơngNghệ
NghệThơng
Thơng
(ECIT
2015)

Hình 2. Xác suất dừng (OP) được vẽ là một hàm của Ψ = P/N0 (dB) khi
M = 3 , Rth = 0.8, κ = 0.05 và m = 1, 1.5, 2.

Cuối cùng của phần này, chúng ta xét một trường hợp đặc biệt
đó là kênh fading Rayleigh. Ta dễ dàng thấy rằng khi các hệ số
mi = 1 (hoặc Ki = 0), kênh truyền Nakagami-m (hoặc kênh
Rician) sẽ trở thành kênh Rayleigh. Lúc đó, xác suất dừng và
dung lượng kênh Shannon trung bình được thu gọn như trong

(19) và (20):
OP = Fγe2e (ρth )

1,
=
1 − exp −
CC =

1
M ln 2

M
i=1

ρth ≥ 1/θmax ,

dβ
i ρth

, ρth < 1/θmax .

Ψ(1−θi ρth )

1/θmax exp

−

M
i=1


dβ
i x
Ψ(1−θi x)

1+x

dx .

(19)

(20)

0

IV. KẾT QUẢ
Trong phần này, chúng tôi thực hiện các mô phỏng MonteCarlo để kiểm chứng các cơng thức đã được trình bày ở phần
III. Môi trường mô phỏng là một hệ trục tọa độ một chiều
Ox, trong đó ta đặt các nút N0 , N1 , ..., NM sao cho hai nút
kề nhau cách nhau một khoảng 1/M . Tức là, tọa độ của nút
Ni (i = 0, 1, 2, ..., M ) trong hệ trục tọa độ này là i/M và
khoảng cách giữa hai nút Ni và Ni+1 là di = 1/M . Để đơn
giản cho tiến trình mơ phỏng, chúng tơi giả sử hệ số suy hao
đường truyền bằng 4 (β = 4), hệ số kênh truyền Nakagami-m
tại các chặng bằng nhau và bằng m (mi = m), hệ số kênh
Rician tại tất cả các chặng bằng nhau và bằng K (Ki = K)
và tổng suy hao phần cứng tại các chặng bằng nhau và bằng
θ (θi = θ).
Trong hình vẽ 2, xác suất dừng hệ thống được vẽ theo sự
biến thiên của Ψ (P/N0 )(từ -10 dB đến 10 dB) trên kênh
truyền Nakagami-m. Các thơng số khác trong hình vẽ được


Hình 3. Dung lượng kênh trung bình (CC) được vẽ là một hàm của Ψ =
P/N0 (dB) khi M = 2 , κ ∈ {0, 0.02, 0.05} và m = 2.

thiết lập như sau: số chặng bằng 3 (M = 3), tốc độ ngưỡng
bằng 0.8 (Rth = 0.8), hệ số suy hao phần cứng (κ = 0.05)
và hệ số kênh Nakagami-m là 1, 1.5 và 2 (m = 1, 1.5, 2).
Quan sát từ hình vẽ, ta có thể thấy rằng xác suất dừng OP
giảm theo chiều tăng của tỷ lệ cơng suất tín hiệu trên nhiễu
Ψ. Hơn nữa, OP của mơ hình khảo sát cũng giảm khi hệ số
kênh Nakagami-m (m) tăng.
Hình vẽ 3 khảo sát sự ảnh hưởng của mức độ suy hao phận
cứng lên dung lượng kênh trung bình của hệ thống trên kênh
Nakagami-m. Các thơng số mơ phỏng của hình vẽ được cố
định như sau: M = 2, κ = 0, 0.02, 0.05 và m = 2. Từ hình
vẽ, ta có nhận xét rằng dung lượng CC giảm đáng kể với sự
gia tăng của hệ số κ. Hơn thế nữa, hình vẽ số 3 cho ta thấy
rằng một khi hệ số κ khác 0, dung lượng CC sẽ bị bão hoà ở
các giá trị Ψ lớn. Trong hình vẽ 4, chúng tơi vẽ giá trị OP theo
sự gia tăng của hệ số suy hao phần cứng κ trên kênh truyền
Rician với các thông số thiết kế M = 3, Rth = 1, Ψ = 5 dB
và K = 1.5. Nhìn vào hình vẽ 4, ta thấy rằng giá trị OP tăng
theo giá trị của κ và OP giảm khi hệ số kênh Rician tăng.
Hơn thế nữa, như đã được chứng minh ở trên khi κ lớn hơn
tỷ lệ nghịch của ngưỡng dừng (1/θmax ) thì hệ thống sẽ ln
ln dừng. Đó là lý do tại sao ở các giá trị κ lớn thì OP của
hệ thống ln bằng 1.
Hình vẽ cuối cùng, hình vẽ số 5, miêu tả dung lượng kênh
trung bình CC theo số chặng M trong môi trường fading
Rayleigh với các thông số hệ thống Ψ = −5.5 dB và κ = 0.05.

Rõ ràng rằng, số chặng M ảnh hưởng đến hiệu năng của hệ
thống. Thứ nhất, nếu số chặng là nhỏ thì khoảng cách giữa hai
nút gần kề sẽ tăng (1/M tăng) và như vậy sẽ giảm hiệu năng
truyền dữ liệu tại mỗi chặng. Ở chiều ngược lại, khi tăng số
chặng M lên, ta có thể nâng cao độ tin cậy của việc truyền
dữ liệu tại mỗi chặng, tuy nhiên dung lượng của toàn trình sẽ
giảm vì tốc độ truyền dữ liệu được chia cho số chặng M (xem
công thức số (6)). Như đã được thấy từ hình vẽ số 5, dung

474

474


Thảo
Quốc
Gia2015
2015về
vềĐiện
Điện Tử,
Tử,Truyền
Truyền Thông
Thông và
Thông
TinTin
(ECIT
2015)
HộiHội
Thảo
Quốc

Gia
vàCông
CôngNghệ
Nghệ
Thông
(ECIT
2015)

chuyển tiếp đa chặng sử dụng các nút mạng giải mã và chuyển
tiếp. Cụ thể, chúng tôi đưa ra các biểu thức tính chính xác hiệu
năng xác suất dừng và dung lượng kênh Shannon trung bình
trên các kênh truyền tổng quát như Nakagami-m và Rician. Sự
chính xác của các phân tích lý thuyết được kiểm chứng bằng
mơ phỏng máy tính. Hơn nữa, các kết quả đưa ra những đặc
tính của hệ thống mà từ đó giúp cho những nhà thiết kế mạng
sử dụng trong việc tối ưu hệ thống. Cuối cùng, bởi vì nghiên
cứu này chỉ tập trung vào hệ thống đa chặng một đường từ
nguồn tới đích, vì thế việc triển khai hệ thống đa chặng nhiều
đường (multi-path) trên các mơ hình kênh tổng qt sẽ là công
việc tương lai của chúng tôi.
LỜI CẢM ƠN
Nghiên cứu này được tài trợ bởi Quỹ Phát triển khoa học và
công nghệ Quốc gia (NAFOSTED) trong đề tài mã số 102.012014.33.
Hình 4. Xác suất dừng (OP) được vẽ là một hàm của κ khi M = 2 ,
M = 3, Rth = 1, Ψ = 5 dB và K = 1.5.

Hình 5. Dung lượng kênh trung bình (CC) được vẽ là một hàm của M (dB)
khi Ψ = −5.5 dB và κ = 0.05.

lượng trung bình biến thiên theo sự thay đổi của số chặng.

Hơn thế nữa, luôn tồn tại một giá trị M mà ở đó dung lượng
của hệ thống là lớn nhất. Cụ thể, khi Ψ = −5 dB thì số chặng
tốt nhất là 3, trong khi ở trường hợp còn lại số chặng tối ưu
là 1.
Cuối cùng, chúng tơi muốn nhấn mạnh rằng trên tất cả các
hình vẽ đã được thể hiện, kết quả mô phỏng và kết quả lý
thuyết trùng với nhau, điều đó minh chứng cho những phân
tích của chúng tơi trong phần III là chính xác.
V. KẾT LUẬN
Trong bài báo này, chúng tơi nghiên cứu kỹ sự ảnh hưởng
của phần cứng khơng hồn hảo lên hiệu năng của hệ thống

TÀI LIỆU
[1] J. Mitola and J. Maguire, G.Q., “Cognitive radio: making software radios
more personal,” Pers. Commun., IEEE, vol. 6, no. 4, pp. 13–18, Aug.
1999.
[2] A. Goldsmith, S. Jafar, I. Maric, and S. Srinivasa, “Breaking spectrum
gridlock with cognitive radios: An information theoretic perspective,”
Proc. of the IEEE, vol. 97, no. 5, pp. 894–914, May 2009.
[3] J. Laneman and G. W. Wornell, “Distributed space-time-coded protocols
for exploiting cooperative diversity in wireless networks,” Inf. Theory,
IEEE Trans. on, vol. 49, no. 10, pp. 2415–2425, Oct. 2003.
[4] J. Laneman, D. Tse, and G. W. Wornell, “Cooperative diversity in
wireless networks: Efficient protocols and outage behavior,” Inf. Theory,
IEEE Trans. on, vol. 50, no. 12, pp. 3062–3080, Dec. 2004.
[5] M. Hasna and M.-S. Alouini, “A performance study of dual-hop transmissions with fixed gain relays,” Wireless Commun., IEEE Trans. on,
vol. 3, no. 6, pp. 1963–1968, Nov. 2004.
[6] ——, “Harmonic mean and end-to-end performance of transmission
systems with relays,” Commun., IEEE Trans. on, vol. 52, no. 1, pp.
130–135, Jan. 2004.

[7] Y. Yang, H. Hu, J. Xu, and G. Mao, “Relay technologies for wimax and
lte-advanced mobile systems,” Commun. Mag., IEEE, vol. 47, no. 10,
pp. 100–105, Oct. 2009.
[8] Y. Hua, D. W. Bliss, S. Gazor, Y. Rong, and Y. Sung, “Guest editorial
theories and methods for advanced wireless relays, issue i,” Sel. Areas
in Commun., IEEE J. on, vol. 30, no. 8, pp. 1297–1303, Sept. 2012.
[9] E. Bjornson, A. Papadogiannis, M. Matthaiou, and M. Debbah, “On the
impact of transceiver impairments on af relaying,” in Acoustics, Speech
and Signal Process. (ICASSP), 2013 IEEE Int. Conf. on, May 2013, pp.
4948–4952.
[10] E. Bjornson, J. Hoydis, M. Kountouris, and M. Debbah, “Hardware
impairments in large-scale miso systems: Energy efficiency, estimation,
and capacity limits,” in Digital Signal Process. (DSP), 2013 18th Int.
Conf. on, Jul. 2013, pp. 1–6.
[11] E. Bjornson, M. Matthaiou, and M. Debbah, “A new look at dual-hop
relaying: Performance limits with hardware impairments,” Commun.,
IEEE Trans. on, vol. 61, no. 11, pp. 4512–4525, Nov. 2013.
[12] E. Bjornson, J. Hoydis, M. Kountouris, and M. Debbah, “Massive mimo
systems with non-ideal hardware: Energy efficiency, estimation, and
capacity limits,” Inf. Theory, IEEE Trans. on, vol. 60, no. 11, pp. 7112–
7139, Nov. 2014.
[13] T. T. Duy, T. Duong, D. Benevides da Costa, V. N. Q. Bao, and
M. Elkashlan, “Proactive relay selection with joint impact of hardware
impairment and co-channel interference,” Commun., IEEE Trans. on,
vol. 63, no. 5, pp. 1594–1606, May 2015.
[14] L. Feng and W. Namgoong, “Spc09-4: A hardware impairment compensation scheme with cascaded adaptive filters,” in Global Telecommun.
Conf., 2006. GLOBECOM ’06. IEEE, Nov. 2006, pp. 1–6.
[15] U. Gustavsson, C. Sanchez-Perez, T. Eriksson, F. Athley, G. Durisi,
P. Landin, K. Hausmair, C. Fager, and L. Svensson, “On the impact
of hardware impairments on massive mimo,” in Globecom Workshops

(GC Wkshps), 2014, Dec. 2014, pp. 294–300.

475

475


Hội Thảo Quốc Gia 2015 về Điện Tử, Truyền Thông và Công Nghệ Thông Tin (ECIT 2015)

Hội Thảo Quốc Gia 2015 về Điện Tử, Truyền Thông và Công Nghệ Thông Tin (ECIT 2015)
[16] M. Lei, I. Lakkis, C.-S. Sum, T. Baykas, J.-Y. Wang, M. Rahman,
R. Kimura, R. Funada, Y. Shoji, H. Harada, and S. Kato, “Hardware
impairments on ldpc coded sc-fde and ofdm in multi-gbps wpan (ieee
802.15.3c),” in Wireless Commun. and Networking Conf., 2008. WCNC
2008. IEEE, Mar. 2008, pp. 442–446.
[17] T. T. Duy, V. N. Q. Bao, and T. Duong, “Secured communication in
cognitive mimo schemes under hardware impairments,” in Advanced
Tech. for Commun. (ATC), 2014 Int. Conf. on, Oct. 2014, pp. 109–112.
[18] N. H. Nhat, V. N. Q. Bao, N. L. Trung, and M. Debbah, “Relay selection
in two-way relaying networks with the presence of hardware impairment
at relay transceiver,” in Advanced Tech. for Commun. (ATC), 2014 Int.
Conf. on, Oct. 2014, pp. 616–620.
[19] T. T. Duy, N. Q. Dien, L. G. Thien, V. N. Q. Bao, and T. Hanh, “Downlink cooperative transmission with transmit antenna selection, hardware
noises and non-independent co-channel interferences,” in The Nafosted
Conf. on Inf. and Comp. Scien. (NICS), 2015 Int. Conf. on, Sept. 2015,
pp. 316–321.
[20] T. T. Duy, P. M. Quynh, V. N. Q. Bao, T. Hanh, and D. T. Hung, “An
incremental cooperative solution for multicast cognitive network under
joint impact of hardware impairment and interference constraint,” in
The Nafosted Conf. on Inf. and Comp. Scien. (NICS), 2015 Int. Conf.

on, Sept. 2015, pp. 310–315.
[21] I. S. Gradshteyn and I. M. Ryzhik, Table of integrals, series, and
products, 7th ed. Elsevier/Academic Press, Amsterdam, 2007, translated
from the Russian, Translation edited and with a preface by Alan Jeffrey
and Daniel Zwillinger, With one CD-ROM (Windows, Macintosh and
UNIX).

476

476