Khả năng tán xạ ngược của gói tin với chiều dài hữu hạn trong truyền thông UAV

Chia sẻ: Liễu Yêu Yêu | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:4

Thêm vào BST

Báo xấu

27
lượt xem 5
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài viết "Khả năng tán xạ ngược của gói tin với chiều dài hữu hạn trong truyền thông UAV" đưa ra biểu thức thông lượng và BLER của thiết bị bay không người lái (UAV) hỗ trợ hệ thống truyền thông tán xạ ngược dựa trên khối dữ liệu với chiều dài hữu hạn. Mô phỏng Monte carlo được sử dụng để kiểm chứng các kết quả phân tích đã trình bày và đánh giá phẩm chất hệ thống đề xuất. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Khả năng tán xạ ngược của gói tin với chiều dài hữu hạn trong truyền thông UAV

Khả năng tán xạ ngược của gói tin với chiều dài hữu hạn trong truyền thông UAV Chu Tiến Dũng, Trần Mạnh Hoàng, Thiều Hữu Cường Trường Đại học Thông tin Liên lạc Tóm tắt: Bài báo đưa ra biểu thức thông lượng và BLER của thiết bị bay không người lái (UAV) hỗ trợ hệ thống truyền thông tán xạ ngược dựa trên khối dữ liệu với chiều dài hữu hạn. Mô phỏng Monte carlo được sử dụng để kiểm chứng các kết quả phân tích đã trình bày và đánh giá phẩm chất hệ thống đề xuất. Từ khóa: Thiết bị không người lái (UAV), tán xạ ngược, chiều dài gói tin hữu hạn. I. GIỚI THIỆU Ngày nay, truyền thông chiều dài khối dữ liệu hữu hạn, thiết bị không người lái (UAV) và liên lạc tán xạ ngược đang là các kỹ thuật đầy hứa hẹn được triển khai cho công nghệ không dây 5G và 6G [1, 2]. Do đó, các nghiên cứu dựa trên các kỹ thuật này đã phát triển rất nhanh trong thời gian gần đây. Tuy nhiên , hầu hết các nghiên cứu này đang xem xét liên lạc với khối dữ liệu độ dài lớn phục vụ người dùng mặt đất trong hệ thống truyền thông không dây. Trong khi đó , liên lạc tán xạ ngược do hai vị trí chỉ phù hợp cho hệ thống truyền gói tin ngắn. Kết nghiên cứu trong [3] đã chỉ ra khoảng cách truyền tán xạ ngược có thể đạt 2.8 km. Vì vậy, các thiết bị tán xạ ngược có thể được sử dụng để thu thập dữ liệu cho hệ thống điều khiển từ xa với hỗ trợ của UAV hay hệ thống các cảm biến. Tuy nhiên, việc kết hợp liên lạc tán xạ ngược, gói tin ngắn và UAV chưa được khảo sát. Từ vấn đề trên đã thúc đẩy chúng tôi xây dựng mô hình truyền thông dựa trên gói tin độ dài hữu hạn có sự hỗ trơ UAV với khả năng tán xạ ngược. Bằng các phân tích toán học, chúng tôi đưa ra biểu thức tỉ lệ lỗi chiều dài gói tin trung bình (BLER) của mô hình đề xuất cho việc đánh giá chất lượng hệ thống. II. MÔ HÌNH HỆ THỐNG Hình 1. Sơ đồ khối hệ thống Mô hình hệ thống bao gồm: một trạm điều khiển mặt đất, một UAV và các người dùng BDn . Cụ thể, tọa độ UAV khi bay được thể hiện ở tọa độ (r sin  , r cos  , H ) . BDn hoạt động như thiết bị tán xạ ngược bố trí tại ( xDn , yDn ,0) . Quá trình liên lạc được chia làm 3 giai đoạn: đầu tiên, UAV truyền tín hiệu vô tuyến đến các BDn . Thứ hai, tín hiệu bị tán xạ ngược từ BDn đến UAV. Thứ 3, tín hiệu được truyền từ UAV đến GS. Tín hiệu nhận được tại BDn trong giai đoạn đầu là: yBDn  PV g n ,1 s1  z BDn , (1) 133
Trong đó n {1, , N} và gn,1   hn,1 / dVUn là hệ số kênh truyền từ UAV đến BDn đã được tính từ công suất kênh truyền theo tham chiếu với khoảng cách 1 m , hn,1 là fading quy mô nhỏ có phân bố Nakagami. dVU n  ( xDn  r sin  ) 2  ( yDn  r cos  ) 2  H 2 là khoảng cách giữa UAV đến BDn ,  là góc nâng của UAV, S1 là tín hiệu truyền của UAV, z BDn ~ C (0,  n2 ) là tạp âm Gauss tại BDn . Trong giai đoạn 2, tín hiệu được phản xạ với hệ số  B từ BDn đến UAV. Vì vậy, tín hiệu nhận được tại UAV thông qua đa truy cập phân chia theo thời gian được xác định như sau: yUAV   B PV g n ,1 g n ,2 s1 sn,2   B g n,2 z BDn  zUAV , (2) Trong đó gn,2   hn,2 / dVUn là hệ số kênh truyền từ BDn đến UAV. sn,2 tín hiệu truyền từ BDn . zUAV ~ C (0,  n2 ) là tạp âm Gauss tại UAV. Xác suất xảy ra đường truyền thẳng (LOS) giữa UAV và BDn phụ thuộc vào môi trường 1 180o  H  PLoS  và PNLoS  1  PLoS trong đó a và b là hằng số , n  arcsin   . Từ (2), SNR tại UAV 1  a.exp  b(n  a)    dVU  n   được viết lại như:  B PV | g n,1 |2 | g n,2 |2 n  , (3)  B | g n,2 |2  U2AV III. PHÂN TÍCH THÔNG LƯỢNG VÀ BLER Khi chiều dài của gói dữ liệu là đủ lớn, ( m  100 ) , BLER tại UAV của hệ thống xem xét được cho từ Hàm Q phân bố Gauss [4] do đó:  n  Q((C ( n )  Rn ) / V ( n ) / m ). (4) Trong đó C( n )  log2 (1   n ) là dung lượng shanon. V ( n )  (1  1/ (1   i )2 )(log 2 e)2 là sự phân tán kênh và Rn là tốc độ truyền của hệ thống. Sau một số bước biến đổi, BLER trung bình được tính toán: H n ( )   n  F n | ( x |  )dx, (5) L Trong đó F n | ( x | ) là điều kiện hàm CDF của  n , n  [2 (22 Rn  1) / m]1/2 ,  n  2Rn  1, L   n  1/ (2n ) và H   n  1/ (2n ). Chú ý rằng,  hệ số suy hao thêm vì kết nối LOS và NLOS . Cụ thể,   1 cho truyền lan LOS và 0    1 cho truyền lan NLOS. Sau đó, chúng tôi đưa ra BLER tại UAV ở hệ thống đề xuất là: n ()  PLoS n,LoS  PNLoS n,NLoS , (2) Trong đó n ,LoS và n ,NLoS m1 j m1 1 1  m1   m2 n   m2 n   1      exp    j !  1    2 B PV    2 B PV  n , LoS j 0 m1  j  i (7)  j  2  m2 n  j 2  n m1m2      K m1  j  i i  i   ( m1 )   B PV m1   2 1 B PV m1 j m1 1 1  m1   m2 n   m2 n   1      exp    j !  1    2 B PV    2 B PV  n ,NLoS j 0 m1  j  i (8)  j  2  m2 n  j 2  n m1m2      K m1  j  i . i  i   ( m1 )   B PV m1   2 12 B PV 134
Thay thế (7) và (8) vào (6) chúng tôi đưa ra biểu thức BLER tại UAV. Ngoài ra, thông lượng của liên lạc chiều dài gói tin hữu hạn ở hệ thống UAV tán xạ ngược được tính toán khi số lượng gói tin có thể được giải mã thành công. Mô hình toán học thông lượng của tán xạ ngược tại UAV và BDn được cho bởi: N b  (b)   (1  n ( )), (9) n 1 Nm Trong đó m  mi  me , b  be  bi . Trong đó, mi và me lần lượt kênh sử dụng cho huấn luyện và truyền dữ liệu. be và bi lần lượt là số lượng bit huấn luyện và số bit truyền dữ liệu. IV. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Từ các biểu thức toán học được đưa ra từ các phần trên, chúng tôi sẽ đánh giá BLER và thông lượng của chiều dài khối dữ liệu hữu hạn trong hệ thống truyền thông tán xạ ngược có hộ trợ UAV. Mô phỏng Monte Carlo chứng minh cho các biểu thức đã đưa ra thông qua việc sử dụng MATLAB. Các tham số sử dụng cho mô phỏng được thiết lập như sau: Số lượng bit truyền dữ kiệu là 128, r  50m, H  100m, và   20 dB. Hình 2. BLER trung bình so với SNR của UAV và BDn Hình 2 minh họa BLER của BDn trong hệ thống tán xạ ngược với sự hỗ trợ UAV trong đó số kênh truyền được thay đổi. Các đường cong lý thuyết được đưa ra theo công thức số 6. Trong khi đó có biểu tượng minh họa cho kết quả mô phỏng monte carlo. Chúng ta có thể quan sát được BLER là nhỏ hơn khi tốc độ truyền b / m thì giảm. Hơn nữa, tăng m chỉ cải thiện mã hóa đạt được nhưng độ phân tán thì không được cải thiện. Do đó, tất cả các đường cong dường như song song trên toàn bộ SNR. Hình 3. Thông lượng so với số lượng gói tin truyền của hệ thông khi xem xét có sự hỗ trợ của UAV. 135
Hình 3 thể hiện thông lượng của hệ thống đề suất khi số lượng bit huấn luyện thay đổi và tổng số bit truyền dữ liệu là cố định. Hình này minh họa rằng số lượng bit huấn luyện lớn hơn thì có thông lượng nhỏ hơn. Nguyên nhân của điều này vì sẽ có ít bit dữ liệu được truyền hơn khi tăng bit huấn luyện. Mặt khác, thông lượng đạt giá trị lớn nhất và sau đó giảm khi số lượng gói tin truyền dẫn tăng V. KẾT LUẬN Bằng việc áp dụng các phân tích toán học, chúng tôi đưa ra biểu thức thông lượng và BLER của hệ thống liên lạc độ dài gói tin hữu hạn có sự hỗ trợ của UAV tán xạ ngược. Từ đó, ảnh hưởng của số lượng gói tin truyền dẫn lên phẩm chất hệ thống được khảo sát. Hệ thống này có thể tìm thấy trong các hệ thống điều khiển từ xa và cảm biến. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] S. Yang, Y. Deng, X. Tang, Y. Ding, and J. Zhou, "Energy Efficiency Optimization for UAV-assisted Backscatter Communications," IEEE Communications Letters, 2019. [2] N. Agrawal, A. Bansal, K. Singh, C.-P. Li, and S. Mumtaz, "Finite Block Length Analysis of RIS-Assisted UAV-Based Multiuser IoT Communication System with Non-Linear EH," IEEE Transactions on Communications, 2022. [3] V. Talla, M. Hessar, B. Kellogg, A. Najafi, J. R. Smith, and S. Gollakota, "Lora backscatter: Enabling the vision of ubiquitous connectivity," Proceedings of the ACM on interactive, mobile, wearable and ubiquitous technologies, vol. 1, no. 3, pp. 1-24, 2017. [4] N. H. Tu and K. Lee, "Performance analysis and optimization of multihop MIMO relay networks in short-packet communications," IEEE Transactions on Wireless Communications, 2021. 136