Cải tiến giao thức truyền thông hai chiều time division broadcast để thu hoạch năng lượng vô tuyến và truyền tin đồng thời tại trạm chuyển tiếp

Hội nghị Khoa học trẻ lần 3 năm 2021 (YSC2021) – IUH

Ngày 05-06/8/2021 ISBN: 978-604-920-123-3

© 2021 Trường Đại học Công nghiệp Thành phố Hồ Chí Minh 39

ID: YSC3F.205

CẢI TIẾN GIAO THỨC TRUYỀN THÔNG HAI CHIỀU TIME DIVISION

BROADCAST ĐỂ THU HOẠCH NĂNG LƯỢNG VÔ TUYẾN VÀ

TRUYỀN TIN ĐỒNG THỜI TẠI TRẠM CHUYỂN TIẾP

NGÔ THỊ THANH THẢO 1

, HUỲNH THỊ TRÚC QUYÊN 2

, PHẠM MINH NAM 3

123 Trường Đại học Công nghiệp Thành phố Hồ Chí Minh

1 [email protected], 2 [email protected], 3 [email protected]

Tóm tắt. Nghiên cứu về mạng nhận thức chuyển tiếp hai chiều (TWCRN: Two-way Cognitive Radio

Networks), trong đó trạm trung gian có thể thu hoạch năng lượng vô tuyến truyền tin trong cả hai chiều,

được đề cập đến sau đây cho thấy các đặc điểm nổi trội trong khả năng truyền thông tin tin cậy và sự linh

động trong triển khai thực tế. Giao thức đề xuất cải biên từ giao thức truyền thông hai chiều TDBC (Time

Division BroadCast) đã được chứng minh là tin cậy nhằm hướng đến khả đánh giá hiệu năng của các mạng

thứ cấp khi thực hiện thu hoạch năng lượng và truyền tin đồng thời. Qua phân tích, chúng tôi dẫn ra các

biểu thức xác suất dừng và thông lượng từ nguồn đến đích với kênh truyền Rayleigh khi thực hiện phân

chia công suất theo dạng PSR (Power Spliting-based Relaying). Cuối cùng, các biểu thức đã dẫn ra được

kiểm chứng tính đúng đắn bằng phương pháp mô phỏng Monte Carlo.

Từ khóa. Mạng vô tuyến nhận thức, Chuyển tiếp hai chiều, Thu hoạch năng lượng, Nhiễu đồng kênh.

IMPROVEMENT OF THE TWO-WAY TIME DIVISION BROADCAST

PROTOCOL FOR SIMULTANEOUS WIRELESS INFORMATION AND POWER

TRANSFER AT THE RELAY

Abstract. In this paper, we study Two-way Cognitive Radio Networks (TWCRN), where the intermediate

transceiver harvests energy from the radio frequency to transmit information in both directions. Our result

showed that the proposed network has many outstanding features about reliability and flexibility in practice.

The proposed protocol is implemented from the TDBC bidirectional communication protocol to be able to

harvest radio energy at the relay. This paper concentrates on evaluating the performance of the secondary

network (SN) while relay harvests energy to transmit. It is also the unique power supply for SN. Based on

our analysis, we derive the closed-form expressions of the outage probability and the throughput over

Rayleigh fading channels, using Power Spliting-based Relaying (PSR) protocol embeded in TDBC frame.

Finally, our derivations are verified by Monte Carlo simulation.

Keywords. Cognitive Radio Network, Two-way relay, Energy harvesting, Co-channel Interference.

1 GIỚI THIỆU

Trong những năm gần đây, thu hoạch năng lượng từ sóng vô tuyến để tạo công suất phát trong các mạng

truyền thông không dây đã nhận được nhiều sự quan tâm của các nhà nghiên cứu. Ngoài nhiên liệu hóa

thạch, năng lượng thủy triều, năng lượng địa nhiệt, v.v., tín hiệu tần số vô tuyến tồn tại trong môi trường

xung quanh được khai thác như là một nguồn cung cấp năng lượng tiềm năng và hiệu quả với nhiều ưu

điểm. Một số công trình nghiên cứu về thu hoạch năng lượng qua sóng vô tuyến EH (EH: Energy

Harvesting) [1-4] gần đây đã chứng minh rằng đây là một giải pháp đầy hứa hẹn để kéo dài tuổi thọ mạng

truyền thông. Các tín hiệu truyền tin không bị can nhiễu bởi các trạm phát năng lượng Power Beacon (PB)

trong trường hợp phân chia thời gian thu hoạch truyền tin rõ ràng hoặc việc thu hoạch năng lượng vô tuyến

ngoài dải tần truyền tin [5]. Ở chiều ngược lại, khi dải tần thu hoạch năng lượng và truyền tin giống nhau,

cần tính đến sự xuyên nhiễu từ các nguồn vô tuyến cung cấp năng lượng [6, 7]. Đây là trường hợp các nhà

nghiên cứu quan tâm nhiều do làm suy giảm hiệu năng mạng trầm trọng. Để khắc phục vấn đề này, các nhà

nghiên cứu thường sử dụng mạng chuyển tiếp. Trong [8], các giao thức khuếch đại và chuyển tiếp AF