Tải bản đầy đủ

ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG MẠNG TRUYỀN THÔNG vô TUYẾN hợp tác sử DỤNG NETWORK CODING (có code)

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG MẠNG
TRUYỀN THÔNG VÔ TUYẾN HỢP
TÁC SỬ DỤNG NETWORK CODING

1


MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ.........................................................................................VIII
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT...................................................................................IX
CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI...................................................................................1
1.1

ĐẶT VẤN ĐỀ...............................................................................................................1

1.2

YÊU CẦU CỦA ĐỀ TÀI.................................................................................................1


1.3

PHƯƠNG PHÁP THỰC HIỆN..........................................................................................2

CHƯƠNG 2. LÝ THUYẾT CƠ BẢN.................................................................................3
2.1

CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU VỀ MẠNG VÔ TUYẾN........................................................3

2.2

LÝ THUYẾT VỀ RELAY NETWORK...............................................................................6

2.3

ANALOG NETWORK CODING.......................................................................................8

2.3.1

Bối cảnh: Tín hiệu đơn.....................................................................................13

2.3.2

Giải mã tín hiệu nhiễu......................................................................................14

2.3.3

Pha của 2 tín hiệu.............................................................................................16

2.3.4

Ước lượng biên độ A và B.................................................................................16

2.3.5

Ước lượng độ lệch pha cho tín hiệu của Bob...................................................18

2.3.6

Nhận được các bit của Bob...............................................................................18



2.3.7

Vấn đề thực nghiệm..........................................................................................19

2.3.8

Đối mặt với việc thiếu sự đồng bộ....................................................................19

2.4

KỸ THUẬT CHUYỂN TIẾP AMPLIFY AND FORWARD..................................................22

2.5

HỆ THỐNG BÁN SONG CÔNG (HALF-DUPLEX)..........................................................22

2.6

HỆ SỐ GHÉP KÊNH PHÂN TẬP (DIVERSITY-MULTIPLEXING TRADEOFF – DMT)......23

2.6.1

Độ lợi phân tập (Diversity gain).......................................................................23

2.6.2

Độ lợi ghép kênh (Multiplexing gain)...............................................................25

2.7

CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐÃ CÓ........................................................................................26

2.7.1

Số liệu...............................................................................................................27

2.7.2

Tổng hợp kết quả..............................................................................................27


CHƯƠNG 3. HIỆU NĂNG MẠNG TRUYỀN THÔNG VÔ TUYỀN HỢP TÁC SỬ
DỤNG NETWORK CODING...........................................................................................28
3.1

GIỚI THIỆU................................................................................................................28

3.2

MÔ HÌNH HỆ THỐNG VÀ GIAO THỨC ANC...............................................................29

3.2.1

Mô hình hệ thống..............................................................................................29

3.2.2

Xác suất dừng và SNR hữu hạn, hệ số ghép kênh phân tập..............................31

3.2.3

Phân chia công suất tối ưu...............................................................................34

CHƯƠNG 4. KẾT QUẢ MÔ PHỎNG.............................................................................38
4.1

PHƯƠNG PHÁP MÔ PHỎNG MONTE CARLO...............................................................38

4.2

KẾT QUẢ MÔ PHỎNG.................................................................................................39

CHƯƠNG 5. KẾT LUẬN..................................................................................................44
5.1

KẾT LUẬN.................................................................................................................44

5.2

HƯỚNG PHÁT TRIỂN.................................................................................................44

TÀI LIỆU THAM KHẢO..................................................................................................45
PHỤ LỤC A ........................................................................................................................48


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 2-1: Mạng hợp tác không dây...........................................................................6
Hình 2-2: Mô hình mạng chuyển tiếp........................................................................8
Hình 2-3: Alice-Bob Topology: Các luồng giao nhau tại router...............................11
Hình 2-4: Chuỗi Topology: Luồng 1 chiều..............................................................12
Hình 2-5: Điều chế MSK.........................................................................................13
Hình 2-6: Mô hình hình học thể hiện cách tính pha.................................................17
Hình 2-7: Sắp xếp độ lệch pha đã có với tín hiệu nhận được...................................21
Hình 2-8: Chuyển tiếp AF.......................................................................................22
Hình 2-9: Mô hình hệ thống Half-duplex................................................................22
Hình 2-10: Mô hình SISO.......................................................................................24
Hình 2-11: Mô hình SIMO......................................................................................24
Hình 2-12: Mô hình MIMO.....................................................................................25
Hình 2-13: So sánh độ lợi phân tập và độ ghép kênh không gian dùng mô hình
MIMO..................................................................................................................... 26
Hình 3-1: Mô hình hệ thống....................................................................................29
Hình 4-1: Finite-SNR DMT của giao thức ANC khi D1=0.5..................................40
Hình 4-2: Xác suất dừng của giao thức ANC trường hợp ngưỡng bằng R/2............40
Hình 4-3: Xác suất dừng của giao thức ANC trường hợp ngưỡng bằng R...............41
Hình 4-4: So sánh xác suất dừng trường hợp giới hạn ngưỡng là R/2.....................41
Hình 4-5: So sánh xác suất dừng trường hợp giới hạn ngưỡng là R........................42
Hình 4-6: Thông tin tương hỗ của hệ thống ở 2 trường hợp công suất với E=100W
................................................................................................................................. 42
Hình 4-7: Thông tin tương hỗ của hệ thống ở 2 trường hợp công suất với E=1000W
................................................................................................................................. 43


DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
AF

Amplify and forward

IEEE

Institude of Electrical and Electronics Engineers

LTE

Long Term Evolution

RF

Radio frequency

SNR

Signal-to-Noise Ratio

3GPP

3rd Generation Partnership Project

ANC

Analog network coding

DMT

Diversity Multiplexing Trade-off

AWGN

Additive White Gaussian Noise

WLANs Wireless Local Area Networks
QoS

Quality of Service

SFBC

Space-Frequency Block-Coded

OFDM

Orthogonal Frequency Division Multiplexing

AF

Amplify and Forward

DF

Decode and Forward

MAR

Multiple Access Relay

WBAN

Wireless Body Area Network


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 1/53

CHƯƠNG 1.

GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI

1.1 Đặt vấn đề

Giao tiếp qua relay đã và đang cho thấy sự hiệu quả qua việc giảm thiểu sự suy hao
đường truyền và đạt được tầm phủ sóng rộng. Trong nhiều ứng dụng của mạng lưới
relay, nhiều nguồn cần trao đổi thông tin với sự giúp đỡ của relay. Để hỗ trợ những
ứng dụng này, nhiều giao thức relay với băng thông hiệu quả đã được đề xuất.
Xác suất dừng là một trong những chỉ số quan trọng nhất để đánh giá hiệu năng của
hệ thống mã hóa. Vì vậy, việc nghiên cứu khả năng dừng của hệ thống khi bất kì
luồng dữ liệu nào dừng là rất quan trọng đối với giao thức ANC. Hơn nữa, công
suất tối ưu rất quan trọng và hữu ích vì nó có thể nâng cao hiệu suất hệ thống chẳng
hạn như giảm xác suất dừng. Theo như các nghiên cứu trước thì chưa có một tài liệu
nào phân tích xác suất dừng và phân phối công suất tối ưu, đó là động lực cho tôi để
nghiên cứu về vấn đề này.
Đề tài này được thực hiện nhằm mục đích tổng hợp, hệ thống hóa lại các kiến thức
về mạng truyền thông vô tuyến hợp tác cũng như giao thức analog network coding.
Trên cơ sở sưu tầm và đọc các tài liệu liên quan, tôi tóm tắt thành một tài liệu để
những sinh viên khóa sau hoặc những người làm trong ngành có thể tham khảo và
hiểu được một cách nhanh nhất.
1.2 Yêu cầu của đề tài

Nội dung của đề tài bao gồm khái niệm về mạng truyền thông vô tuyến hợp tác
(Wireless Cooperative Networks) và giao thức analog network coding. Chúng ta sẽ
tìm hiểu định nghĩa, nguyên nhân ra đời, cấu trúc, ứng dụng của chúng và hiểu được
ưu nhược điểm của hệ thống khi áp dụng vào thực tế. Từ đó thiết lập được các công
thức, phương trình tính toán, mô phỏng và nhận xét kết quả đạt được.
Trong đề tài này, chúng ta sẽ phân tích xác suất dừng của hệ thống khi 1 trong 2
luồng dữ liệu ngưng hoạt động. Cụ thể, chúng ta tìm được giá trị chặn dưới của xác
suất dừng, nó gần đúng với giá trị xác suất dừng chính xác nhận được qua mô
phỏng. Dựa trên việc phân tích xác suất dừng, chúng ta đạt được hệ số ghép kênh
ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG CỦA MẠNG TRUYỀN THÔNG
HỢP TÁC SỬ DỤNG NETWORK CODING


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 2/53

phân tập (Diversity Multiplexing Tradeoff) – giá trị cơ bản nhất của bất kì hệ thống
viễn thông nào. Đặc biệt, chúng ta nghiên cứu hệ số DMT trong khoảng SNR hữu
hạn thay vì trong khoảng vô hạn, vì các hệ thống viễn thông thực nghiệm, ví dụ như
WLANs, thường hoạt động trong khoảng SNR mid-to-high. Hơn nữa, chúng ta đề
xuất một phương trình tối ưu hóa công suất để đồng thời giảm thiểu xác suất dừng
và tối đa thông tin tương hỗ trong giao thức ANC.
Mục tiêu đạt được sẽ là một giải thuật mô phỏng chính xác xác suất dừng của hệ
thống và so sánh với kết quả tính được trên lý thuyết. Ngoài ra, chúng ta cũng tìm ra
phương trình tối ưu hóa công suất cho hệ thống để tăng hiệu suất hoạt động nhờ
phần mềm MATLAB hỗ trợ quá trình mô phỏng và kiểm chứng kết quả. Chúng ta
sẽ đánh giá, nhận xét, đưa ra các đồ thị mô phỏng xác suất dừng của hệ thống dựa
trên các giá trị tỉ số tín hiệu trên nhiễu, công suất truyền, biến ngẫu nhiên, tốc độ
bit…. Chúng ta đưa ra các phương trình phân chia công suất để đạt được mức tối ưu
cho hệ thống, vẽ đồ thị dựa trên các phương trình đó và so sánh kết quả của trường
hợp công suất truyền bằng nhau và tối ưu của relay và nguồn qua các giai đoạn để
cho thấy sự hiệu quả của việc phân chia công suất đạt mức tối ưu.
1.3 Phương pháp thực hiện

Chúng ta sẽ giả định độ lợi kênh truyền bằng biến ngẫu nhiên. Thiết lập biểu thức
tín hiệu thu tại các node, tính tỉ số tín hiệu trên nhiễu tại đó, giả định một giá trị
ngưỡng, nếu tỉ số tín hiệu trên nhiễu của bất kì giai đoạn nào nhỏ hơn giá trị đó thì
hệ thống sẽ ngưng hoạt động. Từ đó chúng ta có được biểu thức xác suất dừng
chính xác, qua các phép tính chúng ta sẽ có được biểu thức xác suất dừng chặn
dưới. Với 2 biểu thức trên chúng ta sẽ mô phỏng xem chúng có tương đương với
nhau hay không và dùng kết quả mô phỏng đó để xác định công suất tối ưu. Dựa
vào biểu thức công suất tối ưu sẽ tìm ra phương trình tối thiểu hóa xác suất dừng và
tối đa hóa thông tin tương hỗ.

CHƯƠNG 2.

LÝ THUYẾT CƠ BẢN

1.4 Các vấn đề nghiên cứu về mạng vô tuyến
ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG CỦA MẠNG TRUYỀN THÔNG
HỢP TÁC SỬ DỤNG NETWORK CODING


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 3/53

Mạng hợp tác ngày càng thu hút sự quan tâm trong công nghệ thông tin và truyền
thông vì nó có thể cải thiện khả năng trao đổi và cung cấp môi trường màu mỡ cho
sự phát triển của các dịch vụ context-aware. Kết nối mạng truyền thông hợp tác đại
diện cho một mô hình mới liên quan tới quá trình truyền và phân phối, hứa hẹn sự
tăng trưởng vượt bậc về dung lượng và độ lợi phân tập trong mạng không dây. Một
mặt, sự tích hợp của mạng không dây tầm xa và gần (ví dụ: cơ sở hạ tầng các mạng
như 3G, mạng ad hoc không dây, và mạng cảm biến không dây) cải thiện hiệu năng
độ phủ sóng và chất lượng dịch vụ (QoS). Mặt khác, sự hợp tác giữa các node, như
trong mạng cảm biến không dây, cho phép quá trình phân phối tín hiệu không gianthời gian, nó cho phép theo dõi môi trường, kĩ thuật định vị, và các phép đo phân
phối, điều đó làm giảm độ phức tạp và công suất tiêu thụ mỗi node. Đã có những
nghiên cứu về các vấn đề của mạng vô tuyến: mô hình lớp vật lý, ví dụ mô hình
kênh truyền (thống kê, suy hao, MIMO, feedback); ràng buộc thiết bị (công suất, đa
truy cập, sự đồng bộ) và quản lý tài nguyên; quá trình phân phối của mạng hợp tác
(ví dụ: phân phối sức ép cho mạng cảm biến không dây, mã riêng cho kênh và
mạng); số đo hiệu suất (ví dụ: dung lượng, chi phí, sự ngưng hoạt động, độ trễ, công
suất, quy luật cân bằng); vấn đề xen kênh, ví dụ như sự tương tác giữa các lớp
PHY/MAC/NET, mã hóa kênh-nguồn chung, định lý phân chia, lý thuyết thông tin
đa thiết bị đầu cuối, giao tiếp đa chặng, hệ thống tích hợp mạng không dây phức tạp
(phạm vi gần-xa).
Trong “Asymptotic analysis of large cooperative relay networks using random
matrix theory” bởi H. Li, mạng relay hợp tác đã được phân tích và đặc biệt là cải
thiện hiệu suất tiệm cận hợp tác truyền dẫn qua truyền dẫn trực tiếp và truyền tải
relay được phân tích bằng lý thuyết ma trận ngẫu nhiên. Ý tưởng chính là để điều
tra các bản phân phối giá trị riêng liên quan đến khả năng của kênh và phân tích
những khoảnh khắc của phân phối này trong các mạng không dây lớn. Phân tích
trong bài báo này cung cấp các công cụ quan trọng cho sự hiểu biết và thiết kế
mạng không dây hợp tác lớn.

ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG CỦA MẠNG TRUYỀN THÔNG
HỢP TÁC SỬ DỤNG NETWORK CODING


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 4/53

H. Van Khuong và T. Le-Ngoc đề xuất, trong bài báo “Bandwidth-efficient
cooperative relaying schemes with multi-antenna relay,” các chương trình chuyển
tiếp hợp tác được mã hóa, trong đó tất cả các tín hiệu được giải mã thành công từ
nhiều nguồn đều được chuyển tiếp đồng thời bởi một đa anten tới một điểm đích đa
anten chung để tăng hiệu quả băng thông. Các lược đồ này tạo điều kiện cho các
chiến lược truyền lại khác nhau tại relay cùng với các kỹ thuật giải mã lặp một
người dùng và đa người dùng tại đích, phù hợp cho sự cân bằng giữa hiệu suất, độ
trễ và độ phức tạp.
Vấn đề lựa chọn được relay tốt nhất được nói đến trong “Performance of multiplerelay cooperative diversity systems with best-relay selection overrayleigh fading
channels” bởi S. S. Ikki and M. H. Ahmed. Họ xem xét hệ thống phân tập AF, node
nguồn giao tiếp với node đích trực tiếp và gián tiếp (qua nhiều relay). Mô hình này
cho thấy sự lựa chọn relay tốt nhất sẽ giảm lượng tài nguyên cần thiết trong khi cải
thiện hiệu suất. Tác giả nhận được biểu thức closed-form cho chặng dưới của xác
suất lỗi và xác suất dừng.
Trong “Delay optimization in cooperative relaying with cyclic delay diversity,” S.
B. Slimane đề xuất để thêm độ trễ ngẫu nhiên tại relay không tái tạo cố định để cải
thiện hiệu suất hệ thống. Tuy nhiên, độ trễ ngẫu nhiên tạo ra sự giới hạn hiệu suất
đạt được từ phân tập đa đường. Trong bài báo này, 2 biểu đồ tối ưu hóa độ trễ được
giới thiệu cho hệ thống OFDM đa cell với relay hợp tác, nhiều người dùng, và relay
cố định.
Nghiên cứu của W. Mesbah and T. N. Davidson trong “Power and resource
allocation for orthogonal multiple access relay systems,”, vấn đề phân chia công
suất chung và tài nguyên kênh truyền cho hệ thống relay đa truy cập trực giao
(MAR) để tối đa hóa tốc độ có thể đạt được. Tác giả xem xét chiến lược 4 relay và
cho thấy vấn đề có được xây dựng như vấn đề quasiconvex trong vài trường hợp.Vì
thế, giải thuật hiệu quả có thể được thực hiện cho phân chia công suất tối ưu và tài
nguyên kênh truyền.

ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG CỦA MẠNG TRUYỀN THÔNG
HỢP TÁC SỬ DỤNG NETWORK CODING


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 5/53

Thế hệ mạng không dây tiếp theo sẽ vượt qua xa so với mô hình điểm-điểm, điểmđa điểm của hệ thống di động cổ điển. Nó sẽ dựa vào sự phức tạp trong tương tác,
khi mà một node kết nối với node khác để cải thiện hiệu năng của chúng và của
mạng toàn cầu. Mạng hợp tác đã nổi lên như một sự tiếp cận đầy hứa hẹn trong việc
tăng quang phổ, hiệu quả công suất, mức độ bao phủ, và để giảm xác suất dừng.
Tương tự như các bộ truyền nhận đa anten, relay cung cấp sự đa dạng khi tạo ra
nhiều bản sao của tín hiệu. Bằng cách phối hợp các node được phân chia theo không
gian trong hệ thống không dây, nó có thể tổng hợp các anten ảo một cách hiệu quả
để mô phỏng hoạt động của bộ truyền nhận đa anten.
Những yêu cầu cho thế hệ mới của mạng không dây đã thúc đẩy sự nghiên cứu về
truyền thông hợp tác trong 1 vài năm trở lại đây. Mặc dù, nhiều khía cạnh của
truyền hợp tác là các vấn đề mở. Hơn nữa, phần lớn các hệ thống hợp tác được đề
xuất đều dựa trên các ý tưởng giả định như sự bất khả thi trong việc hạn chế sự
đồng bộ giữa các node hay về một trạng thái kênh thông tin hoàn hảo tại một đơn vị
nguồn chỉ định. Cần có một sự nghiên cứu thực tiễn để tìm được hệ thống hợp tác
dựa trên giả định thực tế. Mục đích của vấn đề này được tóm lại qua 2 chủ đề: để
hiểu được sự truyền tải và tìm ra những hạn chế trong hệ thống hợp tác thực tế.
Mạng truyền thông hợp tác bao gồm các node chia sẻ tài nguyên để tạo ra nhiều
kênh khác nhau và nhờ đó cải thiện hiệu suất hệ thống, cụ thể là tính khả dụng, tầm
hoạt động và thông lượng.
Sự hỗ trợ nhau giữa các node, ví dụ trong mạng cảm biến, cho phép quá trình phân
chia tín hiệu theo không gian và thời gian, điều đó cho phép theo dõi môi trường,
định vị, các phép đo phân tán, với sự giảm thiểu độ phức tạp hoặc năng lương tiêu
thụ trong mỗi node. Ứng dụng vào mạng 3G, 4G, 5G, adhoc, ….
Những hạn chế:
 Liên kết end-to-end bao gồm nhiều kết nối dọc theo các node được định sẵn
trên liên kết được xác định trước.
 1 kết nối thất bại sẽ làm cho toàn bộ liên kết không hoạt động được, cần
được tái định tuyến và bảo trì.
ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG CỦA MẠNG TRUYỀN THÔNG
HỢP TÁC SỬ DỤNG NETWORK CODING


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 6/53

 Trong điều kiện môi trường khắc nghiệt, việc định tuyến cần lặp lại nhiều lần
gây ra nghẽn tin nhắn, từ đó dẫn đến lãng phí băng thông và suy hao thông
lượng.
 Định tuyến cho tin nhắn được gửi đi bằng việc cạnh tranh sự sẵn có của các
đường truyền.
 Cơ chế quyết định và tránh xung đột chiếm băng thông mà có thể được dùng
cho việc truyền dữ liệu.

Hình 2-1: Mạng hợp tác không dây
1.5 Lý thuyết về relay network

Mạng chuyển tiếp là một lớp cấu trúc liên kết mạng rộng rãi thường được sử dụng
trong các mạng không dây, nơi nguồn và đích được kết nối với nhau bằng các node.
Trong mạng như vậy, nguồn và đích không thể giao tiếp trực tiếp với nhau vì
khoảng cách giữa nguồn và đích lớn hơn phạm vi truyền của cả hai, do đó cần các
node để chuyển tiếp.
Mạng chuyển tiếp là loại mạng được sử dụng để gửi thông tin giữa hai thiết bị, ví
dụ: máy chủ và máy tính, quá xa để gửi trực tiếp thông tin cho nhau. Do đó, mạng
phải gửi hoặc "chuyển tiếp" thông tin đến các thiết bị khác nhau, được gọi là các
node để truyền thông tin đến đích của nó. Một ví dụ cơ bản về mạng relay là

ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG CỦA MẠNG TRUYỀN THÔNG
HỢP TÁC SỬ DỤNG NETWORK CODING


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 7/53

Internet. Người dùng có thể xem một trang web từ một máy chủ nửa chừng trên thế
giới bằng cách gửi và nhận thông tin thông qua một loạt các node được kết nối.
Theo nhiều cách, một mạng lưới chuyển tiếp giống như một chuỗi người đứng cùng
nhau. Một người có một thông điệp, anh ta cần phải chuyển cho cô gái ở cuối trạm.
Anh ta là người gửi, cô ấy là người nhận, và những người ở giữa là các node. Anh ta
chuyển thông điệp đến node đầu tiên, node đó chuyển thông điệp đến node thứ hai
và cứ tiếp tục cho đến khi thông điệp đến được cô gái. Tuy nhiên, mọi người có thể
đứng trong một vòng tròn thay vì một đường thẳng. Vị trí mỗi người là đủ gần để
tiếp cận người ở hai bên và đối diện. Cùng với nhau, mọi người đại diện cho một
mạng và một vài thông điệp có thể truyền qua hoặc thông qua mạng theo các hướng
khác nhau cùng một lúc, trái ngược với đường thẳng chỉ có thể chạy các tin nhắn
theo một hướng cụ thể. Các mạng chuyển tiếp có thể sử dụng nhiều cấu trúc liên kết
khác nhau, từ một đường thẳng đến vòng tròn đến hình dạng cây, để truyền đạt
thông tin theo cách nhanh nhất và hiệu quả nhất có thể.
Thường thì mạng relay phức tạp và phân nhánh theo nhiều hướng để kết nối nhiều
máy chủ và máy tính. Trường hợp hai dòng từ hai máy tính hoặc máy chủ khác
nhau gặp và tạo thành các node của mạng chuyển tiếp. Hai dòng máy tính có thể
chạy vào cùng một bộ định tuyến, ví dụ, chọn thiết bị này làm node.
Mạng không dây cũng tận dụng lợi thế của hệ thống mạng relay. Một máy tính xách
tay, ví dụ, có thể kết nối với một mạng không dây để gửi và nhận thông tin thông
qua mạng khác cho đến khi nó đến đích của nó. Mặc dù không phải tất cả các phần
của mạng đều có dây vật lý, nhưng chúng vẫn kết nối với các thiết bị khác và hoạt
động như các node.
Loại mạng này nắm giữ một số lợi thế, thông tin có thể đi xa, ngay cả khi người gửi
và người nhận ở xa nhau. Nó cũng tăng tốc độ truyền dữ liệu bằng cách chọn đường
đi tốt nhất để di chuyển giữa các node đến máy tính của người nhận. Nếu một node
quá bận, thông tin sẽ được định tuyến đến một node khác. Nếu không có mạng
chuyển tiếp, việc gửi email từ máy tính này sang máy tính khác sẽ yêu cầu hai máy
tính được nối trực tiếp với nhau trước khi có thể gửi email.
ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG CỦA MẠNG TRUYỀN THÔNG
HỢP TÁC SỬ DỤNG NETWORK CODING


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 8/53

Hình 2-2: Mô hình mạng chuyển tiếp
1.6 Analog network coding

Nhiễu được xem là tác hại tiêu biểu. Chúng có thể lưu trữ môi trường này trong một
node cụ thể sử dụng kĩ thuật TDMA hoặc probe với tình trạng để không như trong
802.11. Trường hợp nhiễu này thừa hưởng từ mô hình kênh đơn và có thể là phương
pháp tốt nhất cho mạng không dây. Với sự khan hiếm băng thông khi phân chia tần
số cho mạng không dây, việc cho phép hoạt động đồng thời 2 luồng dữ liệu là cần
thiết bất kể nhiễu.
Khi 2 nguồn cùng gửi đồng thời, gói tin sẽ xung đột. Tín hiệu còn lại sau khi giao
thoa là tổng của 2 tín hiệu. Như vậy, nếu bộ nhận biết được nội dung của gói đã
xung đột với gói mà nó muốn, nó có thể hủy bỏ sự tương thích tín hiệu với gói đó
sau khi hiệu chỉnh cho sự biến dạng kênh truyền. Bộ nhận sẽ nhận được gói tin nó
muốn, và giải mã sử dụng phương pháp thông thường. Trong mạng không dây, khi 2
gói tin xung đột, các node sẽ biết một trong các gói đó bởi có thể các node đã gửi
gói đó đi trước đó hoặc đã nhận qua nó.
Trong digital network coding, bộ truyền truyền một cách liên tiếp, các router trộn
nội dung của các gói và truyền phiên bản đã được trộn. Trong ANC, bộ truyền
truyền đồng thời. Kênh truyền trộn những tín hiệu này. Thay vì truyền gói đã được
trộn, các router khuếch đại và truyền tín hiệu được trộn.

ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG CỦA MẠNG TRUYỀN THÔNG
HỢP TÁC SỬ DỤNG NETWORK CODING


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 9/53

Các nghiên cứu tiên phong trong lý thuyết thông tin đã chỉ ra tiềm năng của analog
network coding là nó có khả năng tăng gấp đôi dung lượng của mạng chuyển tiếp 2
chiều.
Trong các hệ thống viễn thông, các nguồn thường được đặt tên là Alice, Bob,…
Chúng ta cũng sẽ sử dụng Alice là tên cho nguồn đầu tiên, và Bob là nguồn thứ 2.
Các luồng giao nhau tại router: Với analog network coding, Alice và Bob truyền
đồng thời tới router, router chuyển tín hiệu nhiễu tới Alice và Bob, cả 2 giải mã gói
của chúng. Điều này làm giảm số lượng khe thời gian từ 4 còn 2, gấp đôi thông
lượng. Cụ thể, Alice và Bob gửi tín hiệu lần lượt tới router, router XORs 2 gói và
truyền đi. Alice khỏi phục gói của Bob bằng cách XOR lại gói đó, Bob cũng thực
hiện tương tự. Vì vậy, Network Coding giảm số lượng khe thời gian từ 4 còn 3. Khe
trống còn lại có thể được dùng để gửi dử liệu mới, cải thiện thông lượng. Nhưng có
thể giảm số lượng khe thời gian nữa hay không? Có khả năng truyền các gói trong 2
khe thời gian? Câu trả lời là “Có”. Alice và Bob có thể truyền đồng thời các gói của
chúng, cho phép quá trình truyền gây nhiễu tại router. Quá trình này sử dụng 1 khe
thời gian. Router nhận tổng tín hiệu của Alice và Bob, . Đây là 1 sự giao thoa và
router không thể giải mã các bit. Tuy nhiên, router có thể đơn giản khuếch đại và
truyền tín hiệu nhiễu tại lớp vật lý mà không cần giải mã. Điều này sử dụng khe thời
gian thứ 2. Vì Alice nhận biết được gói mà nó đã truyền, nó cũng biết tín hiệu
tương thích với gói của nó. Từ đó, Alice loại bỏ từ tín hiệu nhiễu nhận được để
nhận được , từ đó Alice có thể giải mã gói của Bob. Bob cũng khôi phục gói của
Alice tương tự như vậy. Chúng ta gọi phương pháp này là analog network coding
(ANC). Nó tương tự với digital network coding nhưng hoàn tất qua tín hiệu vật lý
trong chính kênh không dây của nó. Kết quả nhận được là ANC giảm số lượng khe
thời gian cần thiết từ 4 còn 2, gấp đôi thông lượng.
Luồng hoạt động 1 chiều: Với analog network coding, không chỉ tăng thông lượng
vượt hơn so với digital network coding, mà còn áp dụng mô hình mới mà digital
network coding truyền thống không thể làm được. Xem xét chuỗi Topology ở hình
2-3(a), nơi mà luồng dữ liệu đi qua 3 nút. Phương pháp định tuyền truyền thống cần
ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG CỦA MẠNG TRUYỀN THÔNG
HỢP TÁC SỬ DỤNG NETWORK CODING


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 10/53

3 khe thời gan để đưa mỗi gói từ nguồn tới đích. Digital network coding không thể
giảm số khe thời gian trong mô hình này nhưng ANC có thể.
ANC cải thiện thông lượng của chuỗi Topology trong hình 2-3(a) vì nó cho phép
node và truyền đồng thời và các gói của chúng được nhận chính xác bất kể nhiễu.
Cụ thể, cho node truyền gói tới . Sau đó, truyền gói tiếp theo và truyền tới . Hai
quá trình truyền này xảy ra đồng thời. Ở đích , chỉ nhận được vì nó nằm ngoài
phạm vi radio của node . Nhưng 2 gói lại giao thoa tại . Với phương pháp truyền
thống, sẽ mất gói được gửi từ . Với phương pháp này, biết được gói được truyền từ
vì nó đã truyền tới trước đó, node có thể tái tạo lại gói của và loại bỏ nó khỏi tín
hiệu nhận được. Sau đó nhận được tín hiệu của và giải mã nó để nhận được gói .
Do đó, thay vì yêu cầu khe thời gian cho mỗi bước nhảy, chúng ta có truyền đồng
thời ở bước nhảy 1 và 3, giảm số khe thời gian từ 3 còn 2. Điều này tạo nên độ lợi
thông lượng 3/2=1.5.
Trong thực nghiệm, độ lợi thông lượng của chuỗi topology có thể cao hơn. Nếu
không có analog network coding, các node cần thêm một cơ chế để xử lí vấn đề
thiết bị ẩn trong hình 2-3(a). Chúng có thể dùng RTS-CTS hoặc phương thức thống
kê như back-off mũ được xây dựng trong 802.11 MAC. Cả 2 phương thức phải chịu
chi phí và giảm thông lượng đạt được. Với ANC, vấn đề thiết bị ẩn là vô hại, và
không cần thêm cơ chế đồng bộ ngoài cảm biến sóng mang. Từ đó ANC giải quyết
vấn đề thiết bị ẩn cho chuỗi topology luồng đa chiều và 2 chiều.
Để analog network coding trở nên thiết thực, chúng ta cần giải quyết những vấn đề
quan trọng sau đây.
 Kênh không dây làm biến dạng tín hiệu, và Alice và Bob không thể chỉ đơn
giản loại bỏ tín hiệu chúng đã gửi trong gói mà chúng nhận được. Alice và
Bob cần bù đắp hiệu ứng kênh truyền trước khi loại bỏ tín hiệu nhiễu.
 Và là không thể để đồng bộ được hết đường truyền của Alice và Bob. Sẽ có
một khoảng dịch giữa 2 tín hiệu. Mô hình thực nghiệm phải hoạt động dù
thiếu sự đồng bộ và có ảnh hưởng của tín hiệu nhiễu.

ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG CỦA MẠNG TRUYỀN THÔNG
HỢP TÁC SỬ DỤNG NETWORK CODING


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 11/53

Hình 2-3: Alice-Bob Topology: Các luồng giao nhau tại router

ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG CỦA MẠNG TRUYỀN THÔNG
HỢP TÁC SỬ DỤNG NETWORK CODING


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 12/53

Hình 2-4: Chuỗi Topology: Luồng 1 chiều

Vì tín hiệu của Alice và Bob không thực sự giống nhau nên sẽ có một vài bit không
nhiễu tại phía đầu và cuối của tín hiệu nhiễu. Alice có thể dùng những bit này để
đánh giá cách kênh truyền thay đổi tín hiệu của nó. Alice sau đó áp dụng thay đổi đó
cho tín hiệu mà nó truyền, loại bỏ tín hiệu nhiễu khỏi tín hiệu cuối cùng và nhận
được tín hiệu của Bob.
Analog network coding là một kĩ thuật chung, độc lập của nguyên lý công nghệ
không dây. Nó thể ứng dụng vào nhiều trường hợp, với mạng lưới 802.11 là một ví
dụ điển hình. Mạng cellular là một ví dụ khác. Nói một cách đặc biệt thì mạng
ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG CỦA MẠNG TRUYỀN THÔNG
HỢP TÁC SỬ DỤNG NETWORK CODING


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 13/53

cellular triển khai chuyển tiếp 2 chiều ít chi phí để mở rộng phạm vi bao phủ.
Những node này xen giữa thiết bị di động và trạm thu phát. Chúng chỉ đơn giản
khuếch đại và truyền lại tín hiệu chúng nhận được, đó chính là chức năng cần thiết
để thực hiện analog network coding. Chúng ta chọn MSK vì phần mềm GNURadio
đã có sẵn MSK. Điều kiện này giúp chúng ta trong phần mềm và cho phép chúng ta
bắt đầu với chức năng mã DSP có sẵn. MSK cũng có đặc tính lỗi bit tốt và giải thuật
giải điều chế đơn giản, và cấu tạo nên nền tảng cho GMSK, kĩ thuật được sử dụng
trong chuẩn GSM.

Hình 2-5: Điều chế MSK

1.1.1 Bối cảnh: Tín hiệu đơn
Trước khi nói về giải quyết tín hiệu nhiễu, chúng ta cần giải thích cách một tín hiệu
đơn được truyền và nhận qua kênh không dây. Chúng ta sẽ giải thích cách MSK
truyền và nhận 1 gói tin gồm các bit.
Đầu tiên là bên phía bộ truyền. Một tín hiệu không dây được biểu diễn như một hàm
phức và rời rạc theo thời gian. Từ đó, tín hiệu được truyền, chúng ta kí hiệu nó là s,
được biểu diễn như sau:

Với

là biên bộ của lần lấy mẫu thứ n và

là pha của nó.

Chúng ta cần chuyển bit “0” và “1” thành 2 dạng phức. Kĩ thuật này gọi là điều chế.
Cụ thể, điều chế MSK biểu diễn các bit bằng cách thay đổi độ lệch pha giữa các lần
ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG CỦA MẠNG TRUYỀN THÔNG
HỢP TÁC SỬ DỤNG NETWORK CODING


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 14/53

lấy mẫu liên tiếp. Độ lệch pha π/2 biểu diễn bit “1”, trong khi độ lệch pha –π/2 biểu
diễn bit “0”.
Bên phía bộ nhận, tín hiệu sẽ như thế nào tại bộ nhận sau khi đi qua kênh truyền?
Tín hiệu nhận cũng là 1 chuỗi mẫu phức tạp được lấy mẫu với chu kì T. Những mẫu
khác nhau này đều cùng biên độ và pha. Cụ thể, nếu tín hiệu lấy mẫu được truyền là
thì tín hiệu nhận được xấp xỉ:
Với h là suy hao kênh truyền và γ là độ lệch pha phụ thuộc vào khoảng cách giữa
bộ truyền và bộ nhận. Bộ nhận cần chuyển mẫu phức nhận được trở lại chuỗi bit, nó
cần giải mã tín hiệu nhận được. Đối với MSK, thời gian lấy mẫu được chia bởi T,
và chuyển độ lệch pha lại thành giá trị bit.
Tính toán độ lệch pha của mẫu phức rất đơn giản. Xem xét mẫu phức và . Đầu tiên,
chúng ta tính tỉ lệ của những số phức này:
Để giải điều chế, chúng ta tính góc của số phức r, nó cho chúng ta độ lệch pha, . Lý
tưởng nhất là bit “1” tương ứng với độ lệch pha và bit “0” là . Nhưng nhiễu kênh
truyền và ước lượng lỗi làm cho việc giải mã độ lệch pha khác với môi trường lý
tưởng. Nhưng các bit vẫn có thể được giải mã bằng quy luật: lệch pha dương là bit
“1”, lệch pha âm là bit “0”.
Điều quan trọng nhất trong công thức (2.1) là nó bất biến với suy hao kênh truyền h
và độ dịch pha γ.
1.1.2 Giải mã tín hiệu nhiễu
Vậy làm sao Alice (hoặc Bob) có thể giải mã tín hiệu nhiễu? Bước đầu tiên là phải
trả lời câu hỏi này để có thể hiểu Alice nhận được tín hiệu gì. Như đã đề cập ở phần
trước, khi Alice và Bob truyền đồng thời, router nhận được tổng tín hiệu của chúng,
khuếch đại tín hiệu này và phát lại cho Alice và Bob. Vì thế, Alice nhận được tín
hiệu nhiễu . Tuy nhiên, và không phải là tín hiệu mà Alice và Bob đã gửi. Đây là 2
tín hiệu sau khi đã đi qua kênh truyền từ router tới bộ nhận tương thích với chúng.

ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG CỦA MẠNG TRUYỀN THÔNG
HỢP TÁC SỬ DỤNG NETWORK CODING


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 15/53

Ảnh hưởng của kênh không dây có thể xấp xỉ bởi sự suy giảm và chuyển pha. Từ
đó, tín hiệu Alice nhận được là:

Với là pha của tín hiệu truyền bởi Alice và là pha của tín hiệu truyền bởi Bob,
trong khi và là biên độ tại bộ truyền.
Một phương pháp để giải mã tín hiệu nhiễu là Alice đánh giá tham số kênh truyền
và . Khi Alice biết những tham số trên, nó tái tạo phiên bản tín hiệu của nó, tín hiệu
bị nhiễu với tín hiệu của Bob, và loại bỏ tín hiệu này khỏi tín hiệu nhận được. Kết
quả nhận được là , phiên bản mẫu tín hiệu của Bob mà Alice có thể giải mã khi sử
dụng phương thức thông thường. Dù đánh giá rất dễ dàng nhưng đánh giá lại rất
phức tạp và cần giải thuật dò liên kết pha chính xác. Vì MSK có thể giải mã được
không liên kết (không cần giải thuật dò pha), chúng ta có thể đơn giản hóa bộ giải
mã bằng cách dựa trên tính chất này. Một cách cụ thể, công thức (2.1) tính ra độ
lệch pha mà không cần quan tâm đến giá trị chính xác của γ. Điều này cho chúng ta
cách để thiết kế phương trình giải điều chế không liên kết cho tín hiệu nhiễu. Đầu
tiền cần tập trung tìm độ lệch pha giữa 2 tín hiệu, đặt tên là Δθ và Δφ. Tính độ lệch
pha không cần giá trị γ và vì thế không cần dò pha. Độ lệch pha mang tất cả thông
tin của các bit của Alice và Bob, không phải giá trị của pha.
Theo đó, chúng ta sẽ phát triển một thuật toán chó phép Alice giải mã độ lệch pha
giữ các mẫu liên tiếp trong tín hiệu của Bob. Cho tín hiệu nhận được tại Alice như
sau:
(2.2)
Với , và .
Vậy làm thế để tính độ lệch pha khi 2 tín hiệu nhiễu và biết được độ lệch pha của
một trong các tín hiệu? Chúng ta sử dụng quy trình 2 bước. Đầu tiên, Alice dùng tín
hiệu nhận được để tính (Δθ,Δφ) để tạo ra tín hiệu có thể quan sát được. Tiếp theo,
Alice dùng dữ liệu độ lệch pha để chọn cặp tương ứng. Điều này cho Alice sự ước

ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG CỦA MẠNG TRUYỀN THÔNG
HỢP TÁC SỬ DỤNG NETWORK CODING


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 16/53

lượng giá trị Δφ, độ lệch pha của Bob. Dựa vào giá trị ước lượng này Alice xác định
được Bob gửi bit “0” hay “1”.
1.1.3 Pha của 2 tín hiệu
Cho là Alice nhận được tín hiệu nhiễu trong công thức (2.2), nó có biết được giá trị
của và qua phân tích tín hiệu nhận được không? Câu trả lời là không; nếu không có
thêm thông tin, Alice không thể biết được chính xác pha. Tuy nhiên, Alice có thể
tính được các giá trị pha có thể có. Cụ thể được chứng minh dưới LEMMA 1.
LEMMA 1. nếu là một số phức thỏa mãn công thức (A.1), thì cặp (, ) sẽ có giá trị
là:
(2.3)
(2.4)
Với , |y[n]| là tiêu chuẩn, và arg là góc của số phức.
Lưu ý là với mỗi kết quả , sẽ có 1 kết quả cho .
1.1.4 Ước lượng biên độ A và B
Nếu Alice biết biên độ của 2 tín hiệu, nó có thể thay thế những giá trị đó và nhận
được mẫu phức |y[n]| trong LEMMA 1 để tính pha. Thực tế, Alice có thể ước lượng
A và B từ tín hiệu nhận được. Vì Alice có 2 ẩn, nên nó cần 2 phương trình.
Phương trình đầu để tính A và B có được từ công suất của tín hiệu nhận được. Khi 2
tín hiệu giao thoa, công suất của chúng tăng lên. Cụ thể, mức công suất này là:

ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG CỦA MẠNG TRUYỀN THÔNG
HỢP TÁC SỬ DỤNG NETWORK CODING


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 17/53

Hình 2-6: Mô hình hình học thể hiện cách tính pha

Với E là giá trị cần tìm. Giá trị của cho một chuỗi bit ngẫu nhiên. Để đảm bảo
chuỗi bit là ngẫu nhiên, chúng ta XOR chúng với chuỗi ngẫu nhiên ảo tại bộ truyền,
và XOR chúng lần nữa với quy trình tương tự tại bộ nhận để nhận được các bit gốc.
Từ đây,
(2.5)
Alice ước lượng kết quả bằng cách trung bình công suất của mẫu phức qua window
kích cỡ là N.
Alice vẫn cần phương trình thứ 2 để ước lượng A và B. Alice tính như sau:
Nói cách khác, Alice tính mức công suất trung bình của mẫu. Có thể rút gọn σ như
sau:
(2.6)
Với 2 phương trình (2.5) và (2.6), Alice có 2 phương trình với 2 ẩn và có thể giải
được A và B.
1.1.5 Ước lượng độ lệch pha cho tín hiệu của Bob
Alice sử dụng pha từ LEMMA 1 để tính độ lệch pha cho cả tín hiệu của nó, , và tín
hiệu của Bob, . Tuy nhiên, có nhiều sự mơ hồ trong những phép tính này vì
LEMMA 1 đưa ra 2 giải pháp cho mỗi pha, tại bất kì thời điểm lấy mẫu nào. Alice
ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG CỦA MẠNG TRUYỀN THÔNG
HỢP TÁC SỬ DỤNG NETWORK CODING


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 18/53

không thể biết được giải pháp nào là đúng. Vì thế Alice tính tất cả độ lệch pha có
thể có dựa trên LEMMA 1. Đặt 2 cặp kết quả là và . Từ đó Alice có được 4 cặp độ
lệch pha:

(2.7)
Alice phải chọn đúng cặp độ lệch pha trong phương trình (2.7). Đây là nơi Alice
dùng thông tin lớp mạng. Alice biết tín hiệu nó truyền trước đó, và tín hiệu nhiễu
với tín hiệu của Bob. Vì thế, Alice biết độ lêch pha của . Độ lệch pha rõ ràng lớn
hơn sự biến dạng kênh truyền. Từ đó, Alice có thể dùng để chọn .
Alice tính lỗi cho 4 lựa chọn nó có được từ phương trình (A.4):
(2.8)
Alice chọn làm cho có tỉ lệ lỗi nhỏ nhất.Nó tìm độ lệch pha phù hợp với tín hiệu
của Bob. Alice lặp lại quá trình này cho mỗi giá trị n, để ước lượng chuỗi độ lệch
pha của Bob. Alice dùng những giá trị này để giải mã các bit của Bob.
1.1.6 Nhận được các bit của Bob
Nhắc lại điều chế MSK đặt bit “1” tương ứng độ lệch pha π/2 và bit “0” là –π/2.
Trong bước cuối cùng ở trên, Alice đã có sự ước lượng của độ lệch pha của Bob.
Bây giờ nó chuyển chúng lại thành bit. Bởi vì ước lượng lỗi và sự biến dạng của tín
hiệu nhận được, độ lệch pha mà Alice ước lượng không khớp chính xác với độ lệch
pha được gửi bởi Bob. Vì vậy, Alice hành động theo quy luật đơn giản nếu , bit thứ
n là bit “1”, còn lại là “0”.
1.1.7 Vấn đề thực nghiệm
Mô hình này có dễ dàng áp dụng vào thực tế hay không? Câu trả lời là có. Xây
dựng một hệ thống viễn thông có thể hoạt động liên quan đến nhiều vấn đề.
Chúng ta bắt đầu với câu hỏi cơ bản nhất: Làm sao Alice có thể phát hiện được sự
hiện hữu của một gói tin? Đây là một vấn đề cơ bản của hệ thống viễn thông. Để
phát hiện được sự hiện hữu, Alice dựa vào công suất của tín hiệu nhận. Trong quá
trình thu tín hiệu, mức công suất cao hơn công suất nhiễu.
ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG CỦA MẠNG TRUYỀN THÔNG
HỢP TÁC SỬ DỤNG NETWORK CODING


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 19/53

Tiếp theo, bằng cách nào Alice có thể biết được gói tin đó có đang chịu ảnh hưởng
của nhiễu? Nếu gói tin bị nhiễu, Alice cần phải chạy thuật toán giải mã nhiễu, mặt
khác, Alice sẽ dùng giải mã MSK thông thường.
Để trả lời câu hỏi này, Alice sử dụng phương sai trong công suất của tín hiệu nhận.
Nhắc lại trong MSK, biên độ của tín hiệu truyền là hằng số; MSK mã hóa các bit
trong pha của mẫu phức, không phải biên độ. Do đó, công suất của tín hiệu MSK
không nhiễu gần bằng hằng số. Nhiễu gói tin phá hủy đặc tính gần bằng hằng số của
tín hiệu công suất. Khi 2 gói tin giao thoa, các tín hiệu gây nhiễu lẫn nhau một cách
ngẫu nhiên. Đặc tính hằng số công suất của MSK không còn nữa. Chúng ta sử dụng
sự hiểu biết này để phát hiện nhiễu. Chúng ta xác định sự thay đổi công suất bằng
cách đo phương sai trong công suất của mẫu nhận được. Nếu phương sai lớn hơn
ngưỡng cho trước, Alice sẽ phát hiện nhiễu và áp dụng thuật toán giải mã trong
phần trước.
Alice xác định vị trí gói của nó bằng cách sử dụng các bit dẫn đường tại vị trí đầu
của gói, nơi không có nhiễu. Gói của Bob bắt đầu sau, sử dụng các bit dẫn đường tại
vị trí cuối của gói và chạy quá trình sắp xếp ngược lại.
1.1.8 Đối mặt với việc thiếu sự đồng bộ
Trong môi trường lý tưởng, tín hiệu của Alice và Bob đến router cùng một lúc, và
gây nhiễu ngay tại vị trí đầu của 2 gói. Trong thực tế, có một khoảng dịch giữa 2 tín
hiệu. Sự chuyển dịch này làm cho thuật toán phức tạp. Cụ thể, thuật toán cần Alice
phải làm cho độ lệch pha của tín hiệu nó gửi phù hợp với 4 giải pháp hiện có để tìm
ra cái chính xác. Tuy nhiên, k có sự đồng bộ Alice không biêt nội dung của mẫu
nhiễu đầu tiên.
Vì các gói không nhiễu hoàn hảo, có 1 vài bit đầu và cuối của tín hiệu nhận được
không có nhiễu. Ví dụ, cho gói của Alice đến trước so với Bob. Sau đó, một vài bit
đầu trong gói của Alice sẽ không bị nhiễu. Cứ cho là Alice và Bob có kích thước gói
như nhau, những bit cuối trong gói của Bob cũng không có nhiễu. Thật vậy, phương
pháp của chúng ta bắt buộc sự không hoàn thành này chồng chéo lên nhau giữa 2
gói để dảm bảo sẽ có một vài bit không nhiễu, sử dụng để đồng bộ. Một cách cụ thể,
ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG CỦA MẠNG TRUYỀN THÔNG
HỢP TÁC SỬ DỤNG NETWORK CODING


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 20/53

chúng ta sử dụng phương trình ngẫu nhiên tương tự như 802.11 MAC. Các node bắt
đầu truyền sau một khoảng trễ ngẫu nhiên. Chúng thực hiện bằng cách chọn 1 giá trị
ngẫu nhiên từ 1 đến 32, và bắt đầu quá trình truyền trong khe thời gian tương ứng.
Kích cỡ của 1 khe phụ thuộc vào tốc độ truyền. phương trình điều chế, v..v…
Giải pháp của chúng ta là đính kèm một chuỗi bit dẫn đường vào vị trí mở đầu của
mỗi gói. Nó cũng kèm một phiên bản của chuỗi tại vị trí cuối của gói. Chuỗi bit này
dài 64-bit. Nó được sử dụng để đồng bộ với vị trí mở đầu của gói đã biết.
Giải pháp này như sau: Gói của Alice bắt đầu trước, thuật toán giải mã của Bob sẽ
được nhắc đến ở phần sau. Alice dò vị trí mở đầu của gói sử dụng phương pháp dò
công suất ở phần trước. Sau đó tìm chuỗi bit dẫn đường trong phần bit không nhiễu
tại vị trí bắt đầu của gói. Alice giải mã phần này sử dụng điều chế MSK. Hình 2-7
cho thấy quá trình matching mà Alice thực hiện trên tín hiệu nhận. Sau khi giải mã
phần không nhiễu, Alice cố kết hợp chuỗi bit dẫn đường với chuỗi 64-bit. Khi một
kết quả khớp nhau, Alice sắp xếp tín hiệu đã biết với tín hiệu nhận được tại ngay
điểm đó, hoặc điểm cuối của bit dẫn đường. Nếu Alice thất bại trong việc tìm chuỗi
dẫn đường, nó loại bỏ gói đó.
Tại vị trí cuối của chuỗi dẫn đường, Alice áp dụng thuật toán để dò 2 tín hiệu nhiễu.
Khi đó tín hiệu của Bob có thể chưa bắt đầu. Mặc dù vậy Alice vẫn áp dụng thuật
toán trong các phần trước. Giá trị ước lượng độ lệch pha ban đầu, Δφ[n] có thể là
ngẫu nhiên và phụ thuộc vào nhiễu vì tín hiệu Bob khi đó có thể chưa bắt đầu. Khi
tín hiệu của Bob bắt đầu, độ lệch pha Δφ[n], sẽ tương thích với chuỗi dẫn đường tại
vị trí bắt đầu gói của Bob. Tại thời điểm đó, Alice dò quá trình bắt đầu gói của Bob.
Từ đó, chuỗi dẫn đường giúp Alice sắp xếp tín hiệu của nó với tín hiệu nhận được.
Nó cũng giúp Alice dò được quá trình bắt đầu gói của Bob trong tín hiệu nhận được.
Gói nào Alice dùng để giải mã? Alice giữ những bản sao của tất cả các gói được tới
tới trong sent-packet buffer. Khi Alice nhận tín hiệu chứa nhiễu, nó phải tìm trong
buffer gói nó có thể sử dụng để giải mã tín hiệu nhiễu. Do đó, chúng ta đặt header
sau chuỗi dẫn đường để Alice biết được nguồn, đích và số thứ tự của chuỗi. Sử dụng

ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG CỦA MẠNG TRUYỀN THÔNG
HỢP TÁC SỬ DỤNG NETWORK CODING


Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Tải bản đầy đủ ngay

×