ĐÁNH GIÁ XÁC SUẤT DỪNG VÀ
DUNG LƯỢNG HỆ THỐNG THEO MÔ
HÌNH KHUẾCH ĐẠI VÀ CHUYỂN TIẾP
BÁN SONG CÔNG

1


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 2/74

MỤC LỤC

ĐÁNH GIÁ XÁC SUẤT DỪNG VÀ DUNG LƯỢNG HỆ THỐNG THEO MÔ HÌNH KHUẾCH ĐẠI
VÀ CHUYỂN TIẾP BÁN SONG CÔNG


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 3/74

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

DANH MỤC BẢNG BIỂU

ĐÁNH GIÁ XÁC SUẤT DỪNG VÀ DUNG LƯỢNG HỆ THỐNG THEO MÔ HÌNH KHUẾCH ĐẠI
VÀ CHUYỂN TIẾP BÁN SONG CÔNG


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 4/74

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
1G

First Generation

2G

Second Generation

3G

Third Generation

3 GPP

3rd Generation Partnership Project

4G

Fourth Generation

5G

Fifth Generation

AF

Amplifi and Forward

AMPS


Advanced Mobile Phone Service

AWGN

Additive White Gaussian Noise

BTS

Base Transceiver Station

CDF

Cumulative Distribution Function

CDMA

Code Division Multiple Access

CF

Conpress-and-Forward

CSI

Channel State Information

D2D

Device to Device


DF

Decode and Forward

EDGE

Enhanced Data Rate for GSM for Evolution

EH

Energy Harvesting

FDMA

Frequency Division Multiple Access

FM

Frequency Modulation

GPRS

General Packet Radio Service

GSM

Global Systems for Mobile

HD


Half-Duplex

HSPA

High-Speed Packet Access

IoT

Internet of Things

ITU

International Telecommunication Union

IS-95

Interim Standard-95

ĐÁNH GIÁ XÁC SUẤT DỪNG VÀ DUNG LƯỢNG HỆ THỐNG THEO MÔ HÌNH KHUẾCH ĐẠI
VÀ CHUYỂN TIẾP BÁN SONG CÔNG


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 5/74

LTE

Long-Term-Evolution


MIMO

Multiple-Input and Multiple-Output

NMT

Nordic Mobile Telephone

PDF

Probability Density Function

PSR

Power Splitting Base Relaying Protocol

RF

Radio-Frequency

RX

Receiver

SMS

Short Message Service

SNR


Signal to Noise Ratio

TACS

Total Access Communications System

TDMA

Time Division Multiple Access

TD-SCDMA

Time Division Synchronous Code Division Multiple Access

TSR

Time Switching Base Relaying Protocol

TX

Transmitter

UMTS

Universal Mobile Telecommunication System

WCDMA

Wideband Code Division Mulple Access


ĐÁNH GIÁ XÁC SUẤT DỪNG VÀ DUNG LƯỢNG HỆ THỐNG THEO MÔ HÌNH KHUẾCH ĐẠI
VÀ CHUYỂN TIẾP BÁN SONG CÔNG


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 6/74

CHƯƠNG 1. MỞ ĐẦU ĐỀ TÀI
1.1. Lý do lựa chọn đề tài:
Mạng di động ra đời và mang đến nhiều giá trị tích cực cho đời sống con người.
Nó không chỉ giúp chúng ta giải quyết công việc một cách dễ dàng mà nó còn phục
vụ nhu cầu vui chơi giải trí, đồng thời giúp kết nối bạn bè, kết nối thế giới. Từ cuối
thế kỷ XX, mạng di động thế hệ đầu (1G) tiên được phát minh và đưa vào sử dụng ở
các nước phát triển như Châu Âu, Mỹ và Nga, trở thành một phát minh gây bức phá
lớn trong phương thức giao tiếp truyền tin giữa người với người mà không bị phụ
thuộc bởi khoảng cách địa lý.
Chỉ sau hơn 4 thập kỷ hình thành và phát triển, mạng di động đã tiến hóa không
ngừng và đã lên đến thế hệ thứ 5 (5G), với mục đích nâng cấp và phục vụ tốt nhất
cho người dùng, mang đến những chất lượng tối ưu nhất về tốc độ truyền, dung
lượng truyền, dữ liệu truyền, các chức năng mở rộng tin nhắn thoại, âm thanh, hình
ảnh ưu việt so với bước ban đầu. Tuy nhiên, vấn đề khó tránh khỏi là khi số lượng
người dùng ngày càng tăng lên, làm cho hệ thống mạng di động trở nên quá tải mặc
dù trên lãnh thổ Việt Nam có hơn 96.000 trạm BTS trên tổng diện tích với kinh phí
đầu tư với hơn 30.000 tỷ. Bởi thế, việc nghiên cứu và phát triển đưa ra các giải pháp
như việc sử dụng các nút mạng di động đóng vai trò là những anten trung gian thu
phát tín hiệu từ BTS đến người dùng khi thiết bị di chuyển ra ngoài tầm phủ sóng
của BTS từ đó việc trao đổi thông tin luôn diễn ra liên tục và đảm bảo chất lượng
dịch vụ.
1.2. Cơ sở khoa học của đề tài:
Tín hiệu bắt đầu từ node nguồn sẽ được phát đi đến node relay trước khi

được truyền tới node đích. Thực tế thì relay thường được cung cấp năng lượng từ bộ
nguồn, tuy nhiên để giải quyết vần đề về năng lượng là cái đề các thế hệ sau cần
nghiên cứu sao cho tối ưu nhất về chất lượng lẫn chi phí vận hành. Vì thế việc lợi

ĐÁNH GIÁ XÁC SUẤT DỪNG VÀ DUNG LƯỢNG HỆ THỐNG THEO MÔ HÌNH KHUẾCH ĐẠI
VÀ CHUYỂN TIẾP BÁN SONG CÔNG


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 7/74

dụng năng lượng có trong tín hiệu phát đi để cung cấp cho chính Relay trung gian
đã trở thành bài toán cần được giải quyết để giúp Relay hoạt động ổn định trong
mọi điều kiện mà không bị vướng bận vấn đề nguồn cấp.
1.3. Phạm vi nghiên cứu đề tài:
Trong đề tài ta sẽ xét kỹ thuật khuếch đại và chuyển tiếp (AF) là một trong
những kĩ thuật đang được các nhà nghiên cứu thực nghiệm từ lý thuyết đi đến thực
tế. Trong hệ thống AF, năng lượng sẽ được thu hoạch (EH) từ trong sóng vô tuyến
(RF) và tận dụng năng lượng đó để chuyển tiếp mang thông tin từ nguồn đến đích.
Hệ thống này gồm hai giao thức: dựa trên thời gian chuyển đổi (TSR) và cấu trúc
phân tách công suất (PSR). Hai giao thức này sẽ có những đặc điểm riêng ta sẽ đi
sâu vào tìm hiểu ở Chương 2.
1.4. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài:
•
•
•
•
•
•


Tìm hiểu về kỹ thuật chuyển tiếp AF.
Tìm hiểu mô hình nút chuyển tiếp.
Tìm hiểu mô hình mạng truyền thông bán song công.
Cơ sở việc nghiên cứu về AF.
Đánh giá hiệu quả của kỹ thuật AF.
Đánh giá hai giao thức TSR và PSR trong hệ thống AF trên các tiêu chí dung
lượng và thông lượng.

ĐÁNH GIÁ XÁC SUẤT DỪNG VÀ DUNG LƯỢNG HỆ THỐNG THEO MÔ HÌNH KHUẾCH ĐẠI
VÀ CHUYỂN TIẾP BÁN SONG CÔNG


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 8/74

CHƯƠNG 2. SƠ LƯỢC VỀ CÁC THẾ HỆ THÔNG TIN DI ĐỘNG VÀ
MÔ HÌNH HỆ THỐNG TRUYỀN THÔNG HỢP TÁC.
2.1. Khái quát về quá trình hình thành mạng thông tin di động:
Hệ thống thông tin di động (hay hệ thống tế bào số) là một hệ thống dùng liên
liên lạc thông qua sóng điện, có thể vừa liên lạc vừa di chuyển được trong vùng phủ
sóng của các trạm. Các dịch vụ của điện thoại di động đầu tiên cho đến cuối những
năm 1970 mới xuất hiện, những hệ thống điện thoại di động này chưa thực sự tiện
lợi và có dung lượng rất thấp vì vậy sự phát triển của hệ thống này là không ngừng
để tiếp tục cải thiện, nâng cao chất lượng dịch vụ cho người dùng.

Hình 2-1: Quá trình phát triển mạng thông tin di động
Thực tế ra đời từ 1920 dùng cho các cảnh sát Mỹ trao đổi thông với nhau. Nhưng
đến những năm 1970 thì một hệ thống di động AMPS (advanced mobile phone
service) do nhóm Bell LaBST triển khai. Tiếp đó đến 1982 Bưu chính viễn thông
của liên minh châu âu sáng lập nhóm phụ trách về di động là GSM (Group Special

Mobile) để chuẩn hóa thống nhất cho các hệ thống thông tin di động trên toàn châu
âu. Đến năm 1991 thì hãng Qualcom bắt đầu triển khai công nghệ CDMA trên các
hệ thống thông tin di động theo chuẩn IS-95 (Interim Standard-95A).

ĐÁNH GIÁ XÁC SUẤT DỪNG VÀ DUNG LƯỢNG HỆ THỐNG THEO MÔ HÌNH KHUẾCH ĐẠI
VÀ CHUYỂN TIẾP BÁN SONG CÔNG


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 9/74

Hình 2-2: Thống kê thuê bao và thị phần công nghệ di động trên toàn cầu
Tại Việt Nam thì mãi đến năm 1992 thì hệ thống thông tin di động đầu tiên ra đời
với tầm 5000 thuê bao. Từ đó lần lượt các nhà cung cấp dịch vụ thông tin di động
lần lượt ra đời:
• Năm 1993 nhà mạng Mobifone được thành lập là sự liên doanh giữa công ty
bưu chính viễn thông Việt Nam (VNPT) và tập đoàn COMVIK của Thụy
Điển.
• Đến 1996 thì VNPT tiếp tục lập ra Vinafone.
• Năm 2002, Tập đoàn TELECOM của Hàn Quốc xâm nhập thị trường Việt
Nam với tên là Sfone nhưng hoạt động được vài năm do không phù hợp nên
sớm bị khai tử.
• 6/2004, Công ty viễn thông quân đội với tên là Viettel hình thành và không
ngừng lớn mạnh mang tầm quốc tế.

ĐÁNH GIÁ XÁC SUẤT DỪNG VÀ DUNG LƯỢNG HỆ THỐNG THEO MÔ HÌNH KHUẾCH ĐẠI
VÀ CHUYỂN TIẾP BÁN SONG CÔNG


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Trang 10/74

Hình 2-3: Lịch sử phát triển thông tin di động ở Việt Nam đến 2011
2.2. Mạng thông tin di động qua các thế hệ:
2.2.1. Mạng di động thế hệ đầu tiên (1G):
Từ cuối năm 1979 thì 1G mới bắt đầu thương mại hóa nhưng chưa rộng rãi là
mạng di động vô tuyến xuất hiện trong thời kì đầu tiên trên thế giới nên còn khá
đơn giản và còn nhiều nhược điểm. Sau thời kì đó cuộc cách mạng về mạng di động
mở ra mỗi 10 năm là một công nghệ mạng di động mới ra đời. Mạng di động 1G là
hệ thống giao tiếp thông tin qua tín hiệu analog.
Mạng di động 1G sử dụng các anten thu và phát sóng gắn ngoài thiết bị,
được kết nối theo tín hiệu tương tự truyền đến các trạm thu phát sóng để nhận tín và
hiệu xử lý thoại qua các module gắn bên trong thiết bị di động. Vì thế lí do mà các
thế hệ mạng di động đầu tiên trên thế giới có kích thước lớn và cồng kềnh do vừa
tích hợp cùng lúc 2 module phát (TX) và thu tín hiệu (RX).
Tần số chỉ từ 150MHz nhưng có rất nhiều chuẩn kết nối tùy theo vùng: NMT
(Nordic Mobile Telephone) do Bắc Âu và Nga dùng, AMPS (Advanced Mobile
Phone System) là chuẩn Mỹ, TACS (Total Access Communications System) là
chuẩn Anh, JTAGS là của Nhật Bản, C-Netz của Tây Đức, Radiocom cho Pháp,
RTMI chuẩn Ý…Công nghệ sử dụng cho 1G là FDMA và điều chế tần số (FM).

ĐÁNH GIÁ XÁC SUẤT DỪNG VÀ DUNG LƯỢNG HỆ THỐNG THEO MÔ HÌNH KHUẾCH ĐẠI
VÀ CHUYỂN TIẾP BÁN SONG CÔNG


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 11/74

Hình 2-4: Sơ đồ hệ thống mạng di dộng 1G
Các mặt hạn chế của thế hệ mạng di động 1G:

•
•
•
•
•
•

Tính bảo mật hạn chế do thuật toán mã hóa kém nên còn đơn giản.
Dễ bị biến dạng tín hiệu do xử lý nhiễu chưa tốt, vấn đề công nghệ.
Không thể sử dụng thích hợp với các tiêu chuẩn thông tin mới.
Thiết bị di dộng quá cồng kềnh.
Lãng phí về nguồn tài nguyên tần số.
Không đáp ứng được khối lượng người dùng lớn.

2.2.2. Mạng di động thế hệ thứ 2 (2G)
Là thế hệ mạng thông tin di động mang tính cải cải tiến đột phát cũng như
khác biệt hoàn toàn so với thế hệ mạng di động đầu tiên (1G). Mạng thông tin di
động 2G sử dụng công nghệ di dộng số với các tín hiệu kỹ thuật số digital thay cho
tín hiệu analog của thế hệ 1G trước đó và được tung ra mở rộng toàn cầu với chuẩn
GSM được sử dụng lần đầu tiên tại Phần Lan trong năm 1991.
Mạng di động 2G giúp cho người sử dụng di động với 3 lợi ích tiến bộ trong
suốt một thời gian dài: phạm vi kết nối khá rộng, mã hoá dữ liệu theo dạng số, và sự
xuất hiện dịch vụ tin nhắn - SMS. Các tín hiệu voice khi được thu nhận sẽ đuợc mã
hoá thành các tín hiệu digital dưới nhiều dạng mã hiệu nên bảo mật cao, giúp cho
nhiều gói mã thoại được lưu chuyển trên cùng một dãy băng thông, tiết kiệm được

ĐÁNH GIÁ XÁC SUẤT DỪNG VÀ DUNG LƯỢNG HỆ THỐNG THEO MÔ HÌNH KHUẾCH ĐẠI
VÀ CHUYỂN TIẾP BÁN SONG CÔNG



ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 12/74

thời gian và chi phí. Hơn thế nữa mạng 2G sử dụng ít năng lượng, yêu cầu phần
cứng thiết bị nhỏ gọn hơn thiết bị mạng 1G…

Hình 2-5: Sơ đồ hệ thống mạng di động 2G
Mạng di động 2G được chia làm 2 nhánh: TDMA (Time Division Multiple
Access) và CDMA cùng có nhiều dạng kết nối mạng khác nhau phụ thuộc yêu cầu
sử dụng của từng thiết bị di động cũng như hạ tầng mạng di động của từng quốc gia.

Hình 2-6: Sơ đồ tiêu chí của mạng 2G và 2.5G
Mạng 2.5G là sự giao thoa giữa 2 thế hệ mạng 2G và 3G. Xét về chức năng
thì mạng 2.5G cung cấp một số lợi ích tương tự với mạng 3G và có thể dùng cơ sở
hạ tầng sẵn có của các nhà mạng từ 2G trong các mạng GSM và CDMA. Và điểm

ĐÁNH GIÁ XÁC SUẤT DỪNG VÀ DUNG LƯỢNG HỆ THỐNG THEO MÔ HÌNH KHUẾCH ĐẠI
VÀ CHUYỂN TIẾP BÁN SONG CÔNG


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 13/74

nổi bật hơn cả của mạng 2.5G đó chính là cộng nghệ GPRS - công nghệ kết nối trực
tuyến, để lưu chuyển data được dùng bởi những nhà cung cấp dịch vụ viễn thông
GSM.
Tuy nhiên mạng di động 2G chưa đáp ứng hoàn toàn được nhu cầu truy cặp
mạng Internet và về tốc độ nên do đó mạng di động thế hệ 3 tiếp tục ra đời.

Hình 2-7: Các trạng thái của điện thoại ở mạng 2G

Mặt hạn chế mạng 2G:
• Tín hiệu digital còn yếu.
• Đường cong bị phân rã góc.
• Phạm vi truyền nhận âm thanh kém phụ thuộc khoảng cách cùng phủ.
• Chưa thực nhiều ứng dụng mở rộng dành cho người dùng
2.2.3. Mạng di động thế hệ thứ 3 (3G):
Là mạng di động mang đến cho chúng ta nhiều tiện ích hơn ngoài dữ liệu
thoại mà còn các dữ liệu ngoài thoại (tin nhắn nhanh, gửi email, âm thanh, tải dữ
liệu, video clips, hình ảnh...)

ĐÁNH GIÁ XÁC SUẤT DỪNG VÀ DUNG LƯỢNG HỆ THỐNG THEO MÔ HÌNH KHUẾCH ĐẠI
VÀ CHUYỂN TIẾP BÁN SONG CÔNG


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 14/74

Hình 2-8: Sơ đồ hệ thống mạng di động 3G
Mạng di động thế hệ 3 hình thành như là một chuẩncó tên IMT-2000 của Tổ
chức Viễn thông Thế giới (ITU) sáng lập. Ban đầu 3G sẽ được kế hoạch là chỉ có
một chuẩn chung trên thế giới, nhưng thực tế 3G được bị chia thành 4 phần:
• TD-SCDMA
• CDMA 2000
• UMTS (WCDMA)

Hình 2-9: Sơ đồ tiêu chí của mạng 3G
Hạn chế mạng di động thế hệ 3:

ĐÁNH GIÁ XÁC SUẤT DỪNG VÀ DUNG LƯỢNG HỆ THỐNG THEO MÔ HÌNH KHUẾCH ĐẠI
VÀ CHUYỂN TIẾP BÁN SONG CÔNG



ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 15/74

• Tốn nhiều băng, sử dung băng tần cao.
• Chi phí cho bản quyền tần số lớn.
Các tính năng nổi bật của mạng 3G:
•
•
•
•

Có GPS để định vị toàn cầu.
Cải thiện được dịch vụ nhận/gửi email với dung lượng lớn.
Video call.
Tốc độ để truy cập website cao hơn các thế hệ trước đó.

2.2.4. Mạng di động thế hệ thứ 4 (4G)
Công nghệ mạng di động thế hệ 4 (4G) là một công nghệ mạng di động tiên
tiến cho phép người sử dụng mạng với tốc độ truyền dữ liệu cao xem được những
video clip với độ nét có thể Ultra HD gấp 4 gần Full HD hoặc nghe được âm thanh
với chất lượng cao thông qua nền tảng giao thức internet end-to-end. Hiệu năng của
mạng di động 4G nhanh hơn mạng di động 3G hiện tại từ 3 đến 10 lần.

Hình 2-10: So sánh mạng 3G và 4G qua các hoạt động của thiết bị di động
Yêu cầu kỹ thuật của mạng 4G gồm có một kênh với băng thông mở rộng lên
tới 40MHz và mạng chuyển mạch gói tin (Packet Switching) dựa vào địa chỉ IP.
Công nghệ mạng 4G gồm có: TD-SCDMA, SDR, UMTS, OFDM, WiMaX,
MIMO.

Mặt hạn chế mạng di động thế hệ 4G:

ĐÁNH GIÁ XÁC SUẤT DỪNG VÀ DUNG LƯỢNG HỆ THỐNG THEO MÔ HÌNH KHUẾCH ĐẠI
VÀ CHUYỂN TIẾP BÁN SONG CÔNG


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 16/74

• Tiêu phí nhiều năng lượng cho thiết bị vì thế tuổi thọ pin kém và bộ vi
xử lý của thiết bị di động phải được thay đổi thường xuyên.
• Kết nối có sự giới hạn chỉ trong nội vi thành phố lớn hoặc khu đô thị
trung tâm.
Các tính năng nổi bật mạng di động thế hệ 4G:
•
•
•
•
•

Hệ thống sử dụng phổ tần số rất hiệu quả.
Tính bảo mật cao.
Có dung lượng mạng cao hơn các mạng thế hệ trước đó.
Cung cấp thêm nhiều dịch vụ có chất lượng cao.
Có tỷ lệ chuyển giao các dữ liệu lớn hơn.

2.2.5. Mạng di động thế hệ thứ 5 (5G)
Theo các nhà nghiên cứu thì mạng di động thế hệ 5 (5G) sẽ có thể đạt tốc độ
nhanh hơn 100 lần so với mạng thế hệ 4 (4G) đang được sử dụng nước ta hiện nay.
Nhờ vậy, xe hơi tự lái có thể đưa ra nhanh chóng những quyết định quan trọng tùy

thuộc theo hoàn cảnh và thời gian. Các tính năng video call sẽ có chất lượng hình
ảnh tốt hơn, giúp cho chúng ta cảm giác như đang sử dụng một mạng nội bộ.

Hình 2-11: Mục tiêu băng rộng của mạng 5G
Mạng di động thế hệ 5 (5G) sử dụng sóng milimet. Sóng milimet đặc trưng
cho phổ tín hiệu RF giữa khoảng các tần số 20GHz và 300GHz có bước sóng từ 1
đến 15mm, nhưng xét về phương diện mạng vô tuyến và những thiết bị thông tin thì
ĐÁNH GIÁ XÁC SUẤT DỪNG VÀ DUNG LƯỢNG HỆ THỐNG THEO MÔ HÌNH KHUẾCH ĐẠI
VÀ CHUYỂN TIẾP BÁN SONG CÔNG


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 17/74

tên gọi sóng milimet tương đương với các dải tần số 60GHz, 38GHz, 24GHz.
Những dải tần số 70GHz, 80GHz thời gian gần đây cũng đang được sử dụng. Với
dải tần số này thiết bị dùng có thể cải thiện rất nhiều về băng thông và tốc độ mạng
không dây.

Hình 2-12: Dự đoán số lượng người dùng hướng đến 2030
Mạng di động thế hệ 5 sẽ giải quyết vấn đề về tài nguyên tần số và số lượng
người dùng ngày càng tăng. Và mục tiêu về tốc độ là không ngừng cải thiện 1Gbps
với người dùng tĩnh và 100Mbps với người dùng động. Mục tiêu tốc độ thấp nhất ở
khu vực thành thi phải đạt 100Mbps, có khả năng mở rộng hàng triệu thiết bị trong
IoT hay D2D theo nhu cầu thị trường do đó cần một dung lượng rất lớn.

ĐÁNH GIÁ XÁC SUẤT DỪNG VÀ DUNG LƯỢNG HỆ THỐNG THEO MÔ HÌNH KHUẾCH ĐẠI
VÀ CHUYỂN TIẾP BÁN SONG CÔNG



ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 18/74

Hình 2-13: Quá trình nghiên cứu phát triển mạng 5G hướng đến 2021
2.3. Hệ thống truyền thông hợp tác
2.3.1. Định nghĩa về giao thức giao tiếp
Giao thức giao tiếp hay còn gọi là giao thức truyền thông, giao thức
liên mạng, giao thức tương tác, giao thức trao đổi thông tin (tiếng Anh là
communication protocol) - trong công nghệ thông tin gọi tắt là giao thức. Là một
tập hợp các quy tắc chuẩn dành cho việc biểu diễn dữ liệu, phát tín hiệu, chứng thực
và phát hiện lỗi dữ liệu - những việc cần thiết để gửi thông tin qua các kênh truyền
thông, nhờ đó mà các máy tính (và các thiết bị) có thể kết nối và trao đổi thông tin
với nhau. Các giao thức truyền thông dành cho truyền thông tín hiệu số trong mạng
máy tính có nhiều tính năng để đảm bảo việc trao đổi dữ liệu một cách đáng tin cậy
qua một kênh truyền thông không hoàn hảo. Như vậy các máy trên mạng muốn giao
tiếp với nhau thì phải có chung một giao thức.
2.3.2. Các vấn đề về giao thức mạng
Một giao thức mạng được đưa ra thường tập trung các vấn đề sau:
o Cải thiện về tốc độ thông tin truyền qua mạng.
o Độ tin cậy càng cao càng tốt, để giảm thiểu rủi ro đánh cấp thông tin
khi truyền.
Trong thông tin di động thế hệ mới việc truyền thông tin dữ liệu qua mạng là
việc truyền nhận thông tin dữ liệu giữa các node mạng với nhau. Các node mạng có

ĐÁNH GIÁ XÁC SUẤT DỪNG VÀ DUNG LƯỢNG HỆ THỐNG THEO MÔ HÌNH KHUẾCH ĐẠI
VÀ CHUYỂN TIẾP BÁN SONG CÔNG


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 19/74


chức năng là như trạm trung gian relay chuyển tiếp mang thông tin đi xa hơn đến
đúng đích cần gửi. Các giao thức mạng vẫn còn những hạn chế nhất định nên các
nhà nghiên cứu cũng đang không ngừng phát triễn nhựng thành tựu ưu việt hơn.
2.3.3. Khái niệm truyền thông hợp tác vô tuyến
Trong lĩnh vực truyền thông không dây thì các tín hiệu thường suy giảm kênh
truyền tín hiệu không được trong điều kiện tốt do các yếu tố khách quan như: hiệu
ứng fading, hiệu ứng đa đường, hiệu ứng bóng râm… Truyền thông hợp tác là một
trong những giải pháp khả thi để cải thiện kênh truyền và tăng tốc độ truyền dẫn.
Thường được ứng dụng trong truyền dẫn vô tuyến như mạng cảm biến không dây,
mạng di động tế bào…

Hình 2-14: Mô hình truyền thông hợp tác
2.3.4. Phương pháp truyền thông đơn chặng và đa chặng:
Các mạng vô tuyến di động hiện tại (CDMA, GSM và IEEE 802.16) hoạt động
với cấu trúc liên kết điểm đến đa điểm, trong đó chỉ có hai thành phần mạng chính
là trạm phát gốc (BS) và trạm di động tức thiết bị di động người dùng (MS).

ĐÁNH GIÁ XÁC SUẤT DỪNG VÀ DUNG LƯỢNG HỆ THỐNG THEO MÔ HÌNH KHUẾCH ĐẠI
VÀ CHUYỂN TIẾP BÁN SONG CÔNG


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 20/74

Hình 2-15: Mô hình truyền thông đơn chặng
Trong khi đó, mạng chuyển tiếp đa chặng là sự kết hợp của giữa các liên kết
ngắn để phủ sóng một khu vực rộng lớn hơn bằng cách sử dụng các thiết bị chuyển
tiếp trung gian giữa 1 trạm phát gốc (BS) và các máy thu (MS) gọi là relay chuyển
tiếp. Thực tế đa chặng chia làm 2 loại: chuyển tiếp hai chặng (two-hop relaying) và

đa chặng (multi-hop relaying)

Hình 2-16: Mô hình hệ thống truyền thông đa chặng
Đặc trưng phương pháp truyền thông đa chặng:
• Các node trung gian được xem là nhỏ giá thành thấp, cấu tạo đơn giản và tiêu
thụ ít năng lượng. Và điều đặc biệt là tính năng thu hoạch năng lượng sử
dụng nguồn năng lượng vô tuyến từ nguồn phát đề sử dụng.

ĐÁNH GIÁ XÁC SUẤT DỪNG VÀ DUNG LƯỢNG HỆ THỐNG THEO MÔ HÌNH KHUẾCH ĐẠI
VÀ CHUYỂN TIẾP BÁN SONG CÔNG


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 21/74

• Nhiễu ở máy thu: Yếu tố không thể tránh khỏi trong truyền thông tin là
nhiễu. Do đó việc lọc nhiễu ở phía thu là một khâu quan trọng và phức tạp.
Năng lượng
dự trữ

Năng lượng nạp lại
Năng lượng cung cấp và
tiêu thụ

Năng lượng

Relay chuyển

Năng lượng


thu hoạch

tiếp

phát đi

Hình 2-17: Năng lượng relay chuyển tiếp sử dụng

CHƯƠNG 3. MÔ HÌNH HỆ THỐNG

ĐÁNH GIÁ XÁC SUẤT DỪNG VÀ DUNG LƯỢNG HỆ THỐNG THEO MÔ HÌNH KHUẾCH ĐẠI
VÀ CHUYỂN TIẾP BÁN SONG CÔNG


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 22/74

3.1. Mô hình bán song công:
Bán song công là hình thức truyền hay trao đổi thông tin là trong mỗi thời điểm
truyền thông tin chỉ đi theo một hướng thực hiện chỉ một một nhiệm vụ là phát hoặc
thu mang tính tuần tự. Kênh thông tin có đặc tính có thể truyển được cả hai chiều
nhưng không đồng thời.
Một ví dụ gần gũi về bán song công là cuộc thoại trên hai thiết bị bộ đàm. Tín hiệu
được truyền trong cùng một tần số, chỉ có một người nói và một người nghe trên
mỗi thời điểm truyền nên người nói hay dùng từ ngữ đặc biệt để báo hiệu là mình đã
kết thúc một câu rồi nhả nút bấm sau đó người sau bấm nút và nói đáp lại.

Hình 3-1: Mô hình hệ thống bán song công
3.2. Giới thiệu về kĩ thuật chuyển tiếp:
3.2.1 Kỹ thuật chuyển tiếp:

Mục tiêu quan trọng trong việc tối ưu một mạng di động là càng ngày tăng
cường được dung lượng, phạm vi phủ sóng mở rộng và phí vận hành giảm xuống đó
cũng là những vấn đề những nhà mạng phải làm để cải thiện chất lượng dịch vụ và
công nghệ. Thực tế có nhiều giải pháp để nâng cao về dung lượng và mở rộng phạm
vi thêm phủ sóng như giải pháp đa anten (MIMO), truyền dẫn đa điểm phối hợp...
Trong đó kỹ thuật chuyển tiếp cũng là một trong những kĩ thuật góp phần thực hiện
những nhiệm vụ trên.

ĐÁNH GIÁ XÁC SUẤT DỪNG VÀ DUNG LƯỢNG HỆ THỐNG THEO MÔ HÌNH KHUẾCH ĐẠI
VÀ CHUYỂN TIẾP BÁN SONG CÔNG


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 23/74

Ngày nay thì mạng chuyển tiếp được sử dung rất rộng rãi để giảm bớt những
ảnh hưởng hiện tượng fading đồng thời để khả năng bao phủ được tăng cường.
Trong hệ thống thì nút chuyển tiếp có chức năng hỗ trợ các node nguồn chuyển tiếp
dữ liệu node nguồn đến các node đích do đó phạm vi được mở rộng.

Hình 3-2: Minh hoạ trong kĩ thuật chuyển tiếp [2]
Một mô hình chuyển tiếp cơ bản gồm có ba thành phần: node nguồn (S), node
chuyển tiếp (R), node đích (D)
Nguyên lý: node chuyển tiếp (node R) được dùng để để nhận và truyền dữ liệu
từ nguồn (node S) và thiết bị người dùng UE (node D) có thể thông qua nhiểu nút
chuyển tếp truyền dẫn qua nhiều chặng đó gọi là truyền thông đa chặng.
Trong trường hợp có nhiều nhiều relay chuyển tiếp thì node đích sẽ chọn relay
có đường truyền dung lượng tốt nhất để nhận đó gọi là chuyển tiếp kênh chọn lựa.
Kĩ thật chuyển tiếp mang lại một hiệu quả vượt trội trong truyền dẫn vô tuyến.
Một hệ thống mạng mà có các node relay trung gian, các node này có sự liên kết với

nhau tạo thành “tuyến đường” truyền dữ liệu từ nguồn đến đích. Nói cách khác, hệ
thống truyền thông hợp tác vô tuyến là một tập hợp n số node tham gia, chuyển
thông tin dữ liệu từ điểm này tới điểm khác trong hệ thống thông tin di động.
Sử dụng truyền dẫn chuyển tiếp có nhiều ưu điểm nhất là về công suất phát và
thu, khả năng tái sử dụng năng lượng từ trong tần số phát cho relay trung gian để sử

ĐÁNH GIÁ XÁC SUẤT DỪNG VÀ DUNG LƯỢNG HỆ THỐNG THEO MÔ HÌNH KHUẾCH ĐẠI
VÀ CHUYỂN TIẾP BÁN SONG CÔNG


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 24/74

dụng đó gọi là sự thu hoạch năng lượng. So với truyền thông đơn chặng thì đa
chặng có thêm độ lợi kênh truyền.
Thường thì chất lượng đường truyền được quyết định bởi:
•
•
•
•
•
•

Hiện tượng fading.
Hiện tượng fading đa đường hay còn gọi là hiệu ứng đa đường (multi path).
Nhiễu giao thoa liên kí tự (ISI).
Kĩ thuật phân tập.
Hiệu ứng doppler.
Hiệu ứng bóng râm.


Có 3 kĩ thuật phân tập cơ bản: Phân tập thời gian, phân tập không gian và phận
tập tần số. Ngoài 3 kĩ thuật đó thì kĩ thuật truyền thông đa chặng là một giải pháp vô
cùng hiệu quả sẽ giảm thiểu hiện tượng fading vì có thể thu nhiều bản sao của tín
hiệu tương tự như khi sử dụng nhiều anten.
Trong chuyển tiếp đơn hướng dẫn tới việc không hiệu quả khi sử dụng băng
thông hệ thống và đặc biệt là nhũng trong hệ thống truyền thông tốc độ cao.
Thực tế thì các node chuyển tiếp không thể thực hiện thu và phát cùng lúc vì
không thể tránh được hiệu ứng coupling giữa trạm phát và trạm thu. Điều này dẫn
đến giới hạn trong truyền bán song công (HD).
Hoạt động khi ở chế độ bán song công thì chủ yếu thực hiện qua hai giai đoạn
truyền là:
+Ở giai đoạn I, mỗi node gửi thông tin về node đích và cũng đồng thời thông
tin này sẽ được những người dùng khác tiếp nhận nhưng nhận. Đó là tính chất
quảng bá của kênh vô tuyến.
+ Ở giai đoạn II, các node chuyển tiếp sẽ chuyển tiếp thông tin mà nó nhận
được từ các node khác tới node đích.

ĐÁNH GIÁ XÁC SUẤT DỪNG VÀ DUNG LƯỢNG HỆ THỐNG THEO MÔ HÌNH KHUẾCH ĐẠI
VÀ CHUYỂN TIẾP BÁN SONG CÔNG


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 25/74

Hình 3-3: Mô hình chuyển tiếp [2]
-Ưu điểm:
• Mở rộng thêm vùng phủ sóng của eNodeB (node S).
• Cung cấp tốc độ truyền dữ liệu cao, đặc biệt tại khu vực ranh giới của
cell.
• Nâng cao được chất lượng hệ thống.

• Tối ưu hóa được việc tiêu thụ công suất của toàn hệ thống.
• Giá thành thiết bị của relay chuyển tiếp thấp hơn trạm phát gốc eNodeB
(node S).
• Nhỏ gọn hơn và dễ dàng lắp đặt có thể đặt cố định hay di động.
-Nhược điểm:
• Trong chuyển tiếp, trạm phát gốc eNodeB sử dụng một vùng tài nguyên vô
tuyến chung dùng cho một trong 3 liên kết kênh: liên kết trực tiếp (từ trạm
eNodeB trực tiếp đến thiết bị người dùng), liên kết relay (từ trạm eNodeB
đến node relay) và liên kết truy nhập (từ thiết bị người dùng đến node relay).
Trong đó, liên kết relay và liên kết truy nhập sử dụng chung tài nguyên vô
tuyến thông qua sử dụng kỹ thuật ghép kênh phân chia theo thời gian
(TDMA), do đó nó cũng làm giảm đi hiệu suất của trạm chuyển tiếp R.
• Trạm chuyển tiếp R có bán kính vùng phủ khá nhỏ do công suất phát thấp,
độ lợi của anten thấp và tổn hao trên đường truyền cao theo hàm số mũ.
• Trạm chuyển tiếp cần nhiều có tài nguyên vô tuyến để cho các đường kết nối
relay để kết nối đến trạm eNodeB.

ĐÁNH GIÁ XÁC SUẤT DỪNG VÀ DUNG LƯỢNG HỆ THỐNG THEO MÔ HÌNH KHUẾCH ĐẠI
VÀ CHUYỂN TIẾP BÁN SONG CÔNG