zunia.vn

Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z

zunia.vn

» Kỹ Thuật - Công Nghệ

» Kĩ thuật Viễn thông

Đánh giá hiệu năng hệ thống UAV hỗ trợ tán xạ ngược gói tin ngắn

Chia sẻ: Liễu Yêu Yêu | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:5

Báo xấu

22
lượt xem 5
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài viết "Đánh giá hiệu năng hệ thống UAV hỗ trợ tán xạ ngược gói tin ngắn" đưa ra biểu thức thông lượng và tỉ lệ lỗi gói tin trung bình (BLER: block error rate) của thiết bị bay không người lái (UAV) hỗ trợ tán xạ ngược gói dữ liệu có kích thước hữu hạn. Giải bài toán tối ưu thông lượng trong điều kiện số bít truyền thay đổi và cố định số lần sử dụng kênh. Đánh giá phẩm chất hệ thống theo kênh truyền Nakagami-m, có ảnh hưởng của tia truyền thẳng (LoS: Line-of-Sight) và không có LoS (NLoS). Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Đánh giá hiệu năng hệ thống UAV hỗ trợ tán xạ ngược gói tin ngắn

Hội nghị Quốc gia lần thứ 25 về Điện tử, Truyền thông và Công nghệ Thông tin (REV-ECIT2022) ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG HỆ THỐNG UAV HỖ TRỢ TÁN XẠ NGƯỢC GÓI TIN NGẮN Chu Tiến Dũng∗ , Vũ Anh Tuấn, Nguyễn Thị Thái Hòa∗ , Trần Mạnh Hoàng∗ ∗ Telecommunication University, Khánh Hòa, Vietnam Emails: chutiendung@tcu.edu.vn, vanhtuan@gmail.com, thaihoa.nhatrang@gmail.com, tranmanhhoang@tcu.edu.vn Tóm tắt nội dung—Bài báo đưa ra biểu thức thông lượng và nhà khoa học, gần đây đã có những công bố về hệ thống tỉ lệ lỗi gói tin trung bình (BLER: block error rate) của thiết UAV hỗ trợ truyền thông cũng như phương thức truyền tín bị bay không người lái (UAV) hỗ trợ tán xạ ngược gói dữ liệu hiệu dạng SP [7]–[9]. Cụ thể, các tác giả trong [7] đề xuất hệ có kích thước hữu hạn. Giải bài toán tối ưu thông lượng trong thống truyền SP từ trạm điều khiển đến đích thông qua UAV, điều kiện số bít truyền thay đổi và cố định số lần sử dụng kênh. Đánh giá phẩm chất hệ thống theo kênh truyền Nakagami-m, có trong đó UAV có khả năng thu thập năng lượng vô tuyến để ảnh hưởng của tia truyền thẳng (LoS: Line-of-Sight) và không duy trì hoạt động thu phát. Bài toán được thực hiện trong [7] có LoS (NLoS). Khảo sát ảnh hưởng của chiều dài gói tin, số là tối ưu quỹ đạo để đạt tốc độ dữ liệu tốt nhất. Tương tự như lượng bít truyền đến BLER trung bình của hệ thống. Kết quả [7], các tác giả trong [8] trình bày biểu thức tường minh của phân tích giải tích được kiểm chứng bằng kết quả mô phỏng tỉ lệ lỗi gói (BLER: Block Error Rate) cho hệ thống chuyển trên phần mềm MatLab, ngoài ra phần mềm Matlab cũng được tiếp SP bởi 2 UAV. Từ kết quả BLER đã nhận được bài báo sử dụng giải bài toán tối ưu thông lượng. khảo sát thông lượng SP đạt được của hệ thống đã đề xuất. Từ khóa: Thiết bị không người lái (UAV), tán xạ ngược, Xem xét UAV như trạm phát tín hiệu SP cho các trạm mặt đất kích thước gói tin hữu hạn, tỉ lệ lỗi chiều dài gói tin trung đã được các tác giả trong [9] khảo sát. Các nghiên vừa đề cập bình (BLER), thông lượng. chỉ dừng lại việc xem xét UAV hỗ trợ hoặc trực tiếp truyền tín hiệu SP, tuy nhiên chưa khảo sát khả năng tán xạ ngược I. GIỚI THIỆU từ các trạm mặt đất đến UAV. Ngày nay, sự phát triển của các hệ thống viễn thông và yêu Các nghiên cứu về BC trước đây chủ yếu tập trong cho các cầu chất lượng dịch vụ ngày càng cao, đặc biệt các hệ thống ứng dụng truyền thông khoảng cách ngắn, dung lượng nhỏ, và (IoT: Internet-of-Thing). Yêu cầu độ trễ thấp, độ chính xác các thiết bị cố định như việc cảm biến, giám sát, các ứng dụng cao (URLLC: Ultra-Reliable Low Latency Communications). ở smart-home, dịch vụ thanh toán điện tử [10]. Tuy nhiên, gần Do đó, các nghiên cứu về truyền thông gói ngắn (SP: Short- đây các nghiên cứu BC từ mặt đất đến UAV đã được khảo sát Packet) được xem như là một hướng nghiên cứu đầy hứa hẹn [11]–[15]. Cụ thể, trong [11] đã khảo sát vị trí tối ưu của cho việc đáp ứng độ trễ nhỏ hơn 0.1 ms và độ chính xác UAV cho hiệu quả năng lượng tốt nhât, đồng thời cũng chỉ ra 99.99999% [1]. Bên cạnh đó, để sử dụng hiệu quả năng lượng khoảng cách truyền tán xạ ngược từ mặt đất đến có thể đạt là bài toán lớn được xem xét trong các hệ thống viễn thông đến 2.8 km, khi thiết bị BC được đặt gần nguồn RF. Yang thế hệ thứ 5 và các hệ thống tiếp theo (5G: fifth-generation, và cộng sự trong [12] đã giải quyết bài toán tối ưu quỹ đạo 6G: sixth-generation). Các thiết bị vô tuyến hoạt động với bay của UAV nhằm mục đích tối thiểu tiêu tốn năng lượng sóng mang và nguồn năng lượng thụ động được đề cập như là của UAV bao gồm cả năng lượng đẩy và năng lượng thu phát. một phương pháp giải quyết bài toán năng lượng cho các thiết Trong đó, các nút BC được kích thích bởi các máy phát sóng bị vô tuyến [2]. Trong đó, các thiết bị sử dụng năng lượng, mang độc lập để truyền dữ liệu của chúng đến UAV. Các tác sóng mang của môi trường xung quanh hoặc thiết bị phát giả trong [13], [14] đã khảo sát khả năng bảo mật thông tin năng lượng, sóng mang chuyên dụng để kích thích phát dữ của các thiết bị BC trong quá trình phát tín hiệu của chúng liệu (BC: Backscatter Communication) và gọi đó là hệ thống đến UAV. Bằng cách thực hiện thuật toán lặp để tìm quỹ đạo truyền thông tán xạ ngược. Phương thức này được sử dụng cho UAV và tối ưu lập lịch cho các thiết bị BC nhằm tăng cho hầu hết các hệ thống cảm biến thu thập dữ liệu [3], [4]. dung lượng kênh chính, giảm dung lượng kênh nghe lén. Một Ngoài ra, sử dụng thiết bị không người lái (UAV: Unmanned khảo sát khác xem UAV là thiết bị BC [15], tín hiệu kích thích Aerial Vehicles) mang thiết bị thu-phát hỗ trợ truyền thông được thực hiện bởi trạm mặt đất. Tuy nhiên các công trình đã cũng được xem là giải pháp đầy tiềm năng trong tương lai. khảo sát hệ thống BC với phương thức truyền gói vô hạn, tức Đặc biệt khi cơ sở hạ tầng viễn thông bị quá tải hoặc bị phá là khảo sát dung lượng hệ thống dựa vào công thức Shannon. hủy bởi các thảm họa thiên nhiên, chiến tranh, và UAV hỗ trợ Có nghĩa là các tác giả khảo sát tốc độ truyền với giả sử hệ chuyển tiếp thông tin điều khiển hoặc giám sát các khu vực thống không lỗi và số lần sử dụng kênh là vô hạn. độc hại [5], [6]. Trong khi đó, các mạng cảm biến luôn có kích thước gói tin Từ những đòi hỏi như đã đề cập và sự nghiên cứu của các nhỏ, hoặc chỉ là những kí tự báo hiệu về trung tâm xử lí, các ISBN 978-604-80-7468-5 226
Hội nghị Quốc gia lần thứ 25 về Điện tử, Truyền thông và Công nghệ Thông tin (REV-ECIT2022) mạng thông tin băng tần hẹp được đề xuất triển khai để thực Mô hình hệ thống xem xét như được trình bày ở Hình 1, hiện. Bên cạnh đó, khả năng tán xạ ngược phụ thuộc lớn vào trong đó bao gồm một trạm điều khiển mặt đất (GS), một nguồn kích thích, với kích thước gói thông tin ngắn cần nguồn UAV và các người dùng BDn . Cụ thể, UAV bay vòng ở độ kích thích nhỏ. Vì vậy, các thiết bị tán xạ ngược có thể được cao H cố định theo tọa độ (r sin θ, r cos θ, H). Các thiết bị sử dụng để thu thập dữ liệu cho hệ thống điều khiển từ xa với mặt đất BDn như các trạm độc lập được phân bố đều trong sự hỗ trợ của UAV hay hệ thống các cảm biến môi trường. bán kính 100 m, BDn hoạt động như thiết bị tán xạ ngược bố Tuy nhiên, việc kết hợp liên lạc tán xạ ngược, gói tin ngắn và trí tại (xDn , yDn , 0). Giả sử rằng thông tin trạng thái kênh UAV cho đến nay chưa được khảo sát. Từ vấn đề trên đã thúc (CSI: Channel State Information) của hệ thống là hoàn hảo. đẩy chúng tôi xây dựng mô hình truyền thông tán xạ ngược Tuy nhiên tính chất pha và biên độ của các kênh truyền không gói ngắn từ các nút cảm biến đến UAV, các dữ liệu cảm biến thuận nghịch hoàn toàn, pha đinh được xem xét là không thay sau đó được gửi về trung tâm xử lí. Bằng các phân tích toán đổi trong một chu kì truyền, nhưng thay đổi ở những chu kì học, chúng tôi đưa ra biểu thức BLER của mô hình đề xuất tiếp theo. cho việc đánh giá chất lượng hệ thống. Đóng góp của bài báo Quá trình hoạt động của hệ thống được chia làm 3 giai có thể được tóm tắt như sau: đoạn: Trước hết, UAV truyền phát tín hiệu vô tuyến đến các • Đề xuất mô hình hệ thống UAV hỗ trợ thu thập dữ liệu BDn nhằm cung cấp năng lượng và sóng mang cho các BDn . dạng gói ngắn từ các thiết bị BC. Xây dựng hệ thống Thứ hai, khi đủ năng lượng kích thích, các BDn phát tín hiệu giả lập về phân bố kênh truyền, môi trường, quỹ đạo các đến UAV, pha này được gọi là pha tán xạ ngược. Cuối cùng, thiết bị sát với hệ thống thực tế để đánh giá phẩm chất tín hiệu được truyền từ UAV đến trạm điều khiển mặt đất. Tín các người dùng. hiệu nhận được tại BDn trong giai đoạn đầu được xác định • Dựa vào phương pháp giải tích, bài báo đưa ra được công theo công thức (1). p thức tường minh BLER và thông lượng trung bình của yBDn = PV gn s1 + zBDn , (1) hệ thống. Đề xuất sử dụng thuật toán tìm kiếm điểm tối trong đó n ∈ {1, · · · , N } và gn = βhn /dVDn là hệ số ưu để xác định giá trị thông lượng cực đại theo số bít kênh truyền từ UAV đến BDn , β là công suất kênh truyền truyền. Sử dụng mô phỏng Monte-Carlo để kiểm chứng theo tham chiếu với khoảng cách 1 mét, hn là hệ số kênh các kết quả phân tích và giải bài toán tối ưu thông lượng. truyền từ UAV đến BDn tuân theo phân bố Nakagami- • Kết quả của bài báo này có thể được sử dụng triển khai m, do đó |hn |2 có phân bố Gamma, tức là |hn |2 ∼ ứng dụng ở các mạng cảm biến, giám sát môi trường. Các G(m1 , m1 x/λ1 ), với λ1 = E{|hn |2 }, E{}˙ là toán tử kì vọng. tham số trong mô hình đã khảo sát ảnh hưởng đến phẩm Khoảng cách giữa UAV đến BDn được tính bởi dVDn = chất hệ thống có thể tham khảo trong quá trình triển khai q 2 2 thiết kế. (xDn − r sin θ) + (yDn − r cos θ) + H 2 , θ là góc nâng Cấu trúc bài báo được trình bày như sau: Mô hình hệ thống, của UAV, s1 là tín hiệu truyền của UAV, zBDn ∼ CN (0, σn2 ) mô hình tán xạ ngược được trình bày trong phần II. Phần III là tạp âm Gauss tại BDn . trình bày các kết quả phân tích giải tích hệ thống bao gồm Trong giai đoạn 2, tín hiệu được phản xạ với hệ số ηB BLER và tối ưu thông lượng. Kết quả mô phỏng so sánh được từ BDn đến UAV. Vì vậy, tín hiệu nhận được tại UAV theo trình bày trong phần IV. Cuối cùng phần V trình bày kết luận phương thức đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA: của bài báo. Time-Division-Multiple-Access) được xác định như sau: p √ yUAV = ηB PV gn g˜n s1 s2 + ηB g˜n zBDn + zUAV , (2) II. MÔ HÌNH HỆ THỐNG trong đó g˜n = βfn /dVDn là hệ số kênh truyền từ BDn đến UAV UAV, |fn |2 ∼ G(m2 , m2 x/λ2 ); s2 và là tín hiệu truyền từ tán xạ ngược từ BDn đến UAV, 0 < ηB ≤ 1 là hệ số phản xạ của các BDn , zUAV ∼ CN (0, σn2 ) là tạp âm Gauss tại UAV. Xác suất xảy LoS giữa UAV và BDn phụ thuộc vào môi trường và 1 được tính bởi PLoS = 1+a. exp[−b(ϕ n −a)] và PNLoS = 1−PLoS o trong đó a và b là các hằng số, ϕn = 180 H π arcsin dVDn . Từ (2), SNR tại UAV được viết lại như phương trình (3). ηB PV |gn |2 |g˜n |2 γn = 2 , (3) ηB |g˜n |2 + σU AV BDM III. PHÂN TÍCH PHẨM CHẤT HỆ THỐNG BD1 A. BLER trung bình của BDn tại UAV Trạm điều khiển mặt đất BD2 Máy chủ Khi số lượng gói tin là đủ lớn (l > 100), BLER tại UAV Thiết bị tán xạ ngược IOT của hệ thống được xác định theo phương trình [16] p Hình 1. Mô hình hệ thống UAV hỗ trợ thu thập dữ liệu. n ≈ Q((C(γn ) − Rn )/ V (γn )/l), (4) ISBN 978-604-80-7468-5 227
Hội nghị Quốc gia lần thứ 25 về Điện tử, Truyền thông và Công nghệ Thông tin (REV-ECIT2022) trong đó C(γn ) = log2 (1 + γn ) là dung lượng Shannon. Thay thế (10) vào biểu thức (7) và áp dụng xấp xỉ tích phân V (γn ) = (1 − 1/(1 + γi )2 )(log2 e)2 là sự phân tán kênh và Chebyshev Gauss [20, Eq. (25.4.30)]1 chúng ta nhận được Rn là tốc độ truyền của hệ thống. m 1 −1 X n X J Từ (4), BLER trung bình của s2 (tín hiệu được phát bởi X π 1 n!ηB ! 1 m2 m2 ¯n,ω = 1− BDn ) xảy ra tại UAV được viết lại là n=1 k=0 j=1 J n! k!(n − k)! Γ(m2 ) ωΩ2 Z ∞ m u n m1 u p 1 × exp − 1 − ψ2 p ¯n ≈ Q [C(γn ) − Rn ]/ V (γn )/l fγn (y)dy, (5) ωΩ1 ηB PV ωΩ1 PV 0 m uΩ v2 r um m 1 2 1 2 trong đó fγn (y) là hàm phân bố xác suất (PDF: Probability ×2 Kv 2 , m2 Ω1 ηB PV ω 2 Ω1 Ω2 ηB PV Density Function) của γn . Thực tế rất khó khăn để xác định (11) được công thức tường minh của BLER từ (5), do đó chúng ta sử dụng xấp xỉ hàm Q (Q-function) như đã được trình bày trong đó u = ρH −ρ 2 L ψ + ρH +ρ 2 L , ψ = cos (2j−1)π 2Q , J ∈ trong [17], i.e.,  {1, ∞} là số phép lặp của xấp xỉ Chebyshev Gauss, khi J !   1, γn ≤ ρL càng lớn cho độ chính xác của xấp xỉ càng cao. Từ biểu thức C(γn ) − Rn  1 (11) nhận được 2 trường hợp, khi ω = 1 chúng ta nhận được Q p = 2 − χn (γi − τn ), ρL < γi < ρH , V (γn )/l   BLER trong trường hợp LoS, tức là ¯n,LoS , khi ω < 1 chúng 0, γn ≥ ρH ta nhận được ¯n,N LoS . Thay thế (11) vào (9) chúng ta đưa ra  (6) được biểu thức BLER tại UAV bao gồm LoS và NLoS xảy ra. trong đó χn = [2π(22Rn − 1)/l]−1/2 , τn = 2Rn − 1, ρL = B. Tối ưu thông lượng theo bít truyền τn − 1/(2χn ) và ρH = τn + 1/(2χn ). Khi hệ thống hoạt động với kích thước gói tin vô hạn, dung Thực hiện thay thế (6) vào (5), sau một số bước biến đổi, lượng ergodic thường được sử dụng để khảo sát tốc độ biên BLER trung bình được tính toán: trên đạt được. Tuy nhiên, khi kích thước gói tin không đủ lớn, Z ρH thông lượng thường được sử dụng đánh giá tốc độ truyền từ ¯n (ω) ≈ χn Fγn |ω (x|ω)dx, (7) mã chính xác của hệ thống [21], [22]. Trong phần này, bài báo ρL trình bày thông lượng đạt được của hệ thống đề xuất. Thông trong đó Fγn |ω (x|ω) là hàm phân phối tích lũy (CDF: cumu- lượng của hệ thống là số gói truyền thành công được xác định lative distribution function) điều kiện của γn . Chú ý rằng, ω ở một đơn vị thời gian. Do đó, chúng ta có thể mô hình thông hệ số được sử dụng đặc trưng cho xác suất kết nối LoS và lượng của hệ thống tán xạ ngược đạt tại UAV như sau: NLoS. Mặt khác, để cho thuận lợi trong việc biểu diễn các công thức của bài báo, độ lợi kênh truyền trung bình của các b kênh truyền từ UAV đến các BDn trong điều kiện LoS và τn = (1 − ¯n (ω)). (12) l NLoS được xác định bởi [18] ( trong đó l = li + le và b = be + bi . Các giá trị li và le lần ΩAB LoS link, lượt là số gói tin sử dụng cho huấn luyện và truyền dữ liệu, ΩAB = (8) bi và be là số lượng bit huấn luyện và số bit truyền dữ liệu. ωΩAB NLoS link, Thông lượng hệ thống phụ thuộc vào tính chất thống kê của trong đó AB là kênh truyền từ A đến B. Trong các công kênh truyền và tốc độ từ mã sử dụng [23]. Trong trường hợp thức tiếp theo của bài báo, kí hiệu Ω1 = E{|gn |2 } và Ω2 = này, chúng ta giả sử rằng tính chất thống kê kênh truyền là E{|g˜n |2 }. Khi ω = 1 cho truyền lan LoS và 0 < ω < 1 cho cố định, thay đổi tốc độ từ mã để tính bài toán tối ưu thông truyền lan NLoS. Theo định lý tổng xác suất, BLER xẩy ra lượng của hệ thống. Mô hình hóa bài toán tối ưu được đưa ra tại UAV bao gồm cả LoS và NLoS, do đó như sau: ¯n (ω) ≈ PLoS ¯n,LoS + PNLoS ¯n,NLoS . (9) (P) : max τ (b, H), (13) b Để nhận được (9) trước hết chúng ta cần tìm Fγn |ω (x|ω). s.t. n (ω) ≤ th (13a) Từ (3) chúng ta có hàm CDF như sau: bmin ≤ b ≤ bmax , (13b) m 1 −1 X n X 1 n!ηB ! 1 m2 m2 Do đó, đặt độ cao tối đa của UAV là Hmax = 200 m, bài Fγn (x) = 1− n! k!(n − k)! Γ(m2 ) Ω2 toán (12) là bài toán tuyến tính theo b. Thuật toán đơn giản n=1 k=0 m x n m1 x để tìm giá trị tối ưu ở bài toán (13) là sử dụng thuật toán 1 × exp − tìm kiếm. Trong bài báo này thuật toán Section Golden search Ω1 ηB PV Ω1 PV m xΩ v2 r xm m được sử dụng để giải bài toán (13), và được trình bày bởi 1 2 1 2 ×2 Kv 2 , Thuật toán 1. m2 Ω1 ηB PV Ω1 Ω2 ηB PV 1 Giả (10) sử hàm f (x) khả vi trên đoạn (a, b), khi đó có thể sử dụng xấp xỉ Rb N q b−a P π trong đó v = m2 + k − n, Kv là hàm Bessel bậc v sửa đổi tích phân như sau, a f (x)dx ≈ 2 N 1 − yi2 f (xi ), trong đó biến i=1 b−a b+a loại 2 được xác định trong [19]. số được đổi là xi = 2 yi + 2 , yi = cos( 2i−1 2N π) ISBN 978-604-80-7468-5 228
Hội nghị Quốc gia lần thứ 25 về Điện tử, Truyền thông và Công nghệ Thông tin (REV-ECIT2022) Algorithm 1: Algorithm to solve problem (13) 100 Data: (xDn , yDn , 0), (xU , yU , H), r, bmin , bmax , δ. Result: b∗ . ∗ q +q 1 Initialize: q1 ← 0, bmin , q2 ← bmax , b ← 1 2 2 , l = 128 10-2 Average BLER 2 Compute ¯n (ω) based on (11) l = 256 3 while |¯ n (ω) − ¯th | > δ do mi = 2 4 if ¯n (ω) > ¯th then ηB = 0.8, ω = 0.9 5 q1 ← b∗ ; 10 -4 l = 512 BD1 - MP 6 else BD2 - MP 7 q2 ← b∗ ; BD3 - MP 8 end LT 10-6 9 Set b∗ ← q1 +q 2 2 and update (12) 0 5 10 15 20 25 30 35 40 10 end SNR (dB) ∗ 11 Return b . Hình 3. Ảnh hưởng của số kênh truyền sử dụng đến BLER trung bình của hệ thống. IV. KẾT QUẢ SỐ VÀ THẢO LUẬN Trong phần này chúng tôi trình bày kết quả số đối với BLER 1.6 mi = 2 trung bình của hệ thống UAV hỗ trợ thu thập dữ liệu tán xạ l = 100 1.4 ηB = 0.8, ω = 0.9 ngược đã xem xét nhằm mục đích đánh giá phẩm chất hệ Throughput (bit/s/Hz) 1.2 thống và kiểm chứng các kết quả công thức đã được tính toán. Số phép thử ngẫu nhiên được sử dụng trong mô phỏng là 1 10 × 214 . Do sự vượt trội của LoS so với các tia khúc xạ và 0.8 tán xạ, có nghĩa là tham số phân bố Nakagami m nhận các giá 0.6 Algorithm 1 trị nguyên [24]. Tọa độ các nút được mô hình hóa theo không BD2 - LT, Eq. (12) 0.4 gian ba chiều BD1 (−250, −250, 0), BD2 (150, −150, 0), and BD3 - LT, Eq. (12) 0.2 BD3 (0, 500, 0), và UAV bay ở độ cao cố định H = 100 mét, BD1 - LT, Eq. (12) trong bán kính 20 mét. Tốc độ truyền các BDn giả sử là như 0 100 150 200 250 300 350 400 450 500 nhau R1 = R2 = R3 = 256 bit/s. Công suất tham chiếu tại Number of bits transmission khoảng cách 1 mét β0 = 20 dB, công suất nhiễu chuẩn hóa σn2 = 1, hệ số phản xạ ngược ηB = 0.8. Ngưỡng hội tụ của Hình 4. Thông lượng tối ưu của hệ thống theo số bít truyền, SNR = 20 dB. thuật toán sử dụng δ = 10−2 , BLER mục tiêu ¯th = 10−3 . Giả sử hệ thống được xem xét đặt trong môi trường đô thị. Một số tham số khác được trình bày cụ thể trong từng Hình rằng, phẩm chất của BD1 kém nhất, trong khi đó BD2 cho kết quả. Trong các hình kí hiệu "LT" là kết quả nhận được từ BLER tốt nhất. Nguyên nhân của kết quả này là do khoảng công thức, "MP" là kết quả nhận được từ Monte-Carlo. cách từ BD1 tới UAV là xa nhất, trong khi đó BD2 đến UAV là gần nhất. Ngoài ra, kết quả bậc phân tập tăng theo giá trị tham số m, tức là bậc phân tập của hệ thống đạt được là 1, 100 2 và 3 tương ứng theo m. Do m là giá trị đặc trưng tương m =1 i đương như các tia LoS nhận được tại máy thu. Thêm vào đó, kết quả mô phỏng trùng với kết quả lý thuyết, chứng tỏ rằng 10-2 ηB = 0.8 các công thức tính toán hoàn toàn chính xác. Average BLER ω = 0.9 m =2 R1 = R2 = R3 = 256 i Hình 3 trình bày kết quả BLER trung bình theo SNR của l = 128 hệ thống với sự thay đổi của chiều dài gói. Tăng kích thước gói tương đương như việc tăng số lần sử dụng kênh cho quá 10-4 BD1- MP trình truyền của hệ thống. Từ kết quả thấy rằng, cố định tốc BD2 - MP độ truyền Rn = 256 và kích thước gói tăng lên dẫn đến phẩm BD3 - MP mi = 3 chất BLER trung bình tốt hơn. Tức là cùng một lượng bít LT 10-6 truyền nhưng ở băng thông lớn hơn, phẩm chất của hệ thống 0 5 10 15 20 25 30 35 40 tốt hơn; nhưng điều xảy ra sẽ giảm hiệu quả sử dụng băng tần SNR (dB) vô tuyến. Kết quả trên Hình 3 cũng thể hiện phẩm chất của Hình 2. Ảnh hưởng của tham số m lên BLER trung bình của hệ thống. BD1 kém nhất, trong khi đó BD2 cho BLER tốt nhất. Nguyên nhân đã được giải thích ở trên. Hình 2, trình bày BLER trung bình theo SNR và sự thay Hình 4 trình bày kết quả thông lượng của hệ thống theo đổi của tham số Nakagami, m. Kết quả từ các đồ thị chỉ ra công thức (12) và Thuật toán 1. Từ đồ thị cho thấy thuật toán ISBN 978-604-80-7468-5 229
Hội nghị Quốc gia lần thứ 25 về Điện tử, Truyền thông và Công nghệ Thông tin (REV-ECIT2022) [2] N. Van Huynh, D. T. Hoang, X. Lu, D. Niyato, P. Wang, and D. I. Kim, “Ambient backscatter communications: A contemporary survey,” IEEE 1.6 l = 150 Commun. Surveys Tuts., vol. 20, no. 4, pp. 2889–2922, Fourth quarter 2018. 1.4 [3] M. Z. Hassan, M. J. Hossain, J. Cheng, and V. C. Leung, “Statistical- Throughput (bit/s/Hz) 1.2 QoS guarantee for IoT network driven by laser-powered UAV relay and RF backscatter communications,” vol. 5, no. 1, pp. 406–425, Mar. 2020. 1 [4] 3GPP-TR-36.777, “Study on enhanced LTE support for 0.8 aerial vehicles, 2017, 3GPP technical report. [Online]. l = 100 Available:www.3gpp.org/dynareport/36777.htm.” 0.6 [5] T. M. Hoang, B. C. Nguyen, X. H. Le, X. N. Tran, T. Kim et al., “Outage 0.4 BD1 mi = 2 Probability and Throughput of Mobile Multiantenna UAV-Assisted FD- BD2 ηB = 0.8, ω = 0. 9 NOMA Relay System With Imperfect CSI,” IEEE Systems Journal, 0.2 BD3 2022. [6] T. M. Hoang, X. N. Tran, P. T. Hiep et al., “Outage Probability of Aerial 0 100 150 200 250 300 350 400 450 500 Base Station NOMA MIMO Wireless Communication with RF Energy Number of bits transmission Harvesting,” IEEE Internet of Things Journal, 2022. [7] A. Ranjha and G. Kaddoum, “URLLC-enabled by laser powered UAV Hình 5. Thông lượng của hệ thống theo số bít truyền và thay đổi chiều dài relay: A quasi-optimal design of resource allocation, trajectory planning gói tin, SNR = 20 dB. and energy harvesting,” IEEE Trans. Veh. Technol., vol. 71, no. 1, pp. 753 –765, Jan. 2022. [8] P. Raut, K. Singh, C.-P. Li, M.-S. Alouini, and W.-J. Huang, “Nonlinear EH-Based UAV-Assisted FD IoT Networks: Infinite and Finite Block- tìm kiếm điểm tối ưu được sử dụng trong bài báo gần chính length Analysis,” vol. 8, no. 24, pp. 655–668, Dec. 2021. [9] N. Agrawal, A. Bansal, K. Singh, C.-P. Li, and S. Mumtaz, “Finite Block xác hoàn toàn với kết quả công thức lý thuyết. Khi tăng số bít Length Analysis of RIS-Assisted UAV-Based Multiuser IoT Communi- truyền, thông lượng của hệ thống tăng đến giá trị cực đại và cation System with Non-Linear EH,” IEEE Trans. Wireless Commun., tại đó giao với kết quả Thuật toán 1, sau đó giảm dần khi tiếp vol. DOI: 10.1109/TCOMM.2022.3162249, March 2022. [10] C. Boyer and S. Roy, “Backscatter communication and rfid: Coding, tục tăng số bít. Từ kết quả này khảng định rằng, hệ thống đề energy, and MIMO analysis. Communications,” vol. 62, no. 3, pp. 770– xuất luôn tồn tại một giá trị bít truyền hợp lý với số lần sử 785, Oct. 2015. dụng kênh cố định sẽ cho kết quả thông lượng tối ưu. [11] S. Yang, Y. Deng, X. Tang, Y. Ding, and J. Zhou, “Energy efficiency optimization for UAV-assisted backscatter communications,” IEEE Com- Hình 5 biểu diễn thông lượng của hệ thống thông qua số bít mun. Lett., vol. 23, no. 11, pp. 2041–2045, Nov. 2019. truyền và thay đổi kích thước gói. Từ kết quả thấy rằng, luôn [12] G. Yang, R. Dai, and Y.-C. Liang, “Energy-efficient UAV backscatter tồn tại giá trị thông lượng tối ưu tương ứng với số bít truyền. communication with joint trajectory design and resource optimization,” IEEE Trans. Wireless Commun., vol. 20, no. 2, pp. 926–941, 2020. Khi l = 100 thì số bít truyền khoảng 250 hệ thống sẽ đạt [13] L. Bai, Q. Chen, T. Bai, and J. Wang, “UAV-Enabled Secure Multiuser thông lượng cực đại, khi l = 150 thì thông lượng đạt cực đạt Backscatter Communications With Planar Array,” IEEE J. Sel. Areas khi số bít truyền khoảng 350, tức là tăng kích thước gói tin dẫn Commun., vol. 40, no. 10, pp. 2946–2961, 2022. [14] J. Hu, X. Cai, and K. Yang, “Joint trajectory and scheduling design for đến tăng số bít truyền hợp lý để hệ thống đạt thông lượng tối UAV aided secure backscatter communications,” IEEE Trans. Wireless đa. Nguyên nhân của kết quả này là do khi tăng số bít truyền Commun., vol. 9, no. 12, pp. 2168–2172, 2020. quá lớn dẫn đến BLER tăng lên dẫn đến giảm thông lượng. [15] D.-H. Tran, S. Chatzinotas, and B. Ottersten, “Throughput Maximization for Backscatter-and Cache-Assisted Wireless Powered UAV Technology,” Ngược lại số bít truyền ít, BLER nhỏ nhưng thông lượng của IEEE Trans. Veh. Technol., vol. 71, no. 5, pp. 5187–5202, 2022. hệ thống cũng sẽ thấp. Bên cạnh đó, thông lượng của BD1 [16] D.-D. Tran, S. K. Sharma, S. Chatzinotas, I. Woungang, and B. Ot- thấp hơn thông lượng của BD3 và thông lượng của BD2 đạt tersten, “Short-packet communications for MIMO NOMA systems over Nakagami-m fading: BLER and minimum blocklength analysis,” IEEE tốt nhất. Trans. Veh. Technol., vol. 70, no. 4, pp. 3583–3598, Apr. 2021. [17] X. Lai, T. Wu, Q. Zhang, and J. Qin, “Average secure BLER analysis of V. KẾT LUẬN NOMA downlink short-packet communication systems in flat Rayleigh fading channels,” IEEE Trans. Wireless Commun., vol. 20, no. 5, pp. Trong bài báo này đã đề xuất và đánh giá phẩm chất hệ 2948–2960, May 2020. thống UAV hỗ trợ truyền thông tán xạ ngược. Đánh giá phẩm [18] T. Hou, Y. Liu, Z. Song, X. Sun, and Y. Chen, “UAV-to-Everything chất hệ thống qua BLER trung bình và thông lượng đạt được (U2X) Networks Relying on NOMA: A Stochastic Geometry Model,” IEEE Trans. Veh. Technol., vol. 69, no. 7, pp. 7558 – 7568, July 2020. của từng người dùng. Đề xuất thuật toán tối ưu thông lượng [19] I. S. Gradshteyn and I. M. Ryzhik, “Table of Integrals, Series, and theo số bít truyền. Các tham số phẩm chất được trình bày dưới Products,” 2014. dạng công thức tường minh, thuật toán và đồ thị kết quả mô [20] M. Abramowitz and I. A. Stegun, Handbook of mathematical functions: with formulas, graphs, and mathematical tables. Courier Corporation, phỏng Monte-Carlo. Kết quả của bài báo đã chứng minh được 1964, vol. 55. khả năng tán xạ ngược có thể được sử dụng không chỉ mạng [21] J. Choi, “Throughput analysis for multiuser diversity of two users with phạm vi nhỏ cỡ vài chục centimet để nhận dạng ở tần số vô SIC in NOMA systems,” in 2018 International Conference on Signals and Systems (ICSigSys). IEEE, May 2018, pp. 120–124. tuyến (RFID: Radio Frequency IDentification). Tán xạ ngược [22] ——, “Joint rate and power allocation for NOMA with statistical CSI,” có thể đáp ứng tốt cho việc truyền thông với kích thước mạng IEEE Trans. Commun., vol. 65, no. 10, pp. 4519–4528, June 2017. lớn hơn như từ mặt đất đến UAV. [23] D. N. C. Tse and S. V. Hanly, “Multiaccess fading channels. i. polyma- troid structure, optimal resource allocation and throughput capacities,” IEEE Trans. Inf. Theory, vol. 44, no. 7, pp. 2796–2815, Nov. 1998. TÀI LIỆU [24] M. K. Simon, “Digital communication over generalized fading channels: [1] L. Yuan, N. Yang, F. Fang, and Z. Ding, “Performance Analysis of UAV- a unified approach to performance analysis,” 2002. Assisted Short-Packet Cooperative Communications,” IEEE Trans. Veh. Technol., vol. 71, no. 4, pp. 4471–4476, Apr. 2022. ISBN 978-604-80-7468-5 230

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

LV.15: Bộ Đồ Án Tốt Nghiệp Chuyên Ngành Cơ Khí

65 tài liệu

2431 lượt tải

THÔNG TIN

TRỢ GIÚP

HỖ TRỢ KHÁCH HÀNG

Theo dõi chúng tôi

Chịu trách nhiệm nội dung:

Nguyễn Công Hà - Giám đốc Công ty TNHH TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN VI NA

LIÊN HỆ

Địa chỉ: P402, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM

Hotline: 093 303 0098

Email: support@tailieu.vn

Giấy phép Mạng Xã Hội số: 670/GP-BTTTT cấp ngày 30/11/2015 Copyright © 2022-2032 TaiLieu.VN. All rights reserved.