Đề xuất phương pháp phân tích hiệu năng mới cho mạng mimo hai chặng chuyển tiếp thu thập năng lượng

 Nguyễn Anh Tuấn, Võ Nguyễn Quốc Bảo, Lê Quốc Cường 
Tác giả liên lạc: Nguyễn Anh Tuấn, email: natuan@rfd.gov.vn 
Đến tòa soạn: 20/4/2017, chỉnh sửa: 25/6/2017, chấp nhận đăng: 1/9/2017. 
Nghiên cứu này được tài trợ bởi Quỹ Phát triển khoa học và công nghệ 
Quốc gia (NAFOSTED) trong đề tài mã số 102.04-2014.32. 
Tóm tắt—Bài báo này đề xuất một phương pháp phân tích xác 
suất dừng của hệ thống chuyển tiếp hai chặng với nút nguồn và 
nút đích được trang bị nhiều anten với nút chuyển tiếp sử dụng 
năng lượng thu thập vô tuyến để chuyển tiếp dữ liệu nhận từ 
nút nguồn. Phương pháp phân tích mới cho phép xấp xỉ tốt hơn 
xác suất dừng hệ thống so với phương pháp phân tích xấp xỉ 
truyền thống, vốn chỉ phù hợp cho mạng với nút mạng đơn 
anten. Các kết quả phân tích đề xuất được kiểm chứng với kết 
quả mô phỏng. Đồng thời đặc tính của mạng nghiên cứu cũng 
được nghiên cứu và kiểm chứng. 
Từ khóa—chuyển tiếp, hai chặng, MIMO, kênh truyền fading, 
thu thập năng lượng vô tuyến 
I. GIỚI THIỆU 
Ngày nay, các mạng cảm biến vô tuyến được phát triển một 
cách mạnh mẽ và được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác 
nhau trong đời sống xã hội như là: quan trắc môi trường, chăm 
sóc sức khỏebằng các thiết bị với giá thành thấp [1, 2]. Tuy 
nhiên, các thiết bị này chỉ có thể hoạt động trong một thời gian 
ngắn và yêu cầu phải định kì thay thế hoặc nạp năng lượng để 
duy trì kết nối bởi nguồn năng lượng giới hạn. Hơn nữa, việc 
thay thế các nguồn cung cấp cho các thiết bị đó là không thể 
thực hiện được hoặc là chi phí cao. Vì vậy, việc tìm ra các kỹ 
thuật thu thập nguồn năng lượng từ môi trường xung quanh để 
các mạng tự duy trì hoạt động mà không ràng buộc vào năng 
lượng cung cấp đã được các nhà nghiên cứu quan tâm [3, 4]. 
Các kỹ thuật thu thập năng lượng truyền thống chỉ thu thập 
năng lượng từ các nguồn năng lượng tự nhiên, ví dụ như năng 
lượng mặt trời và năng lượng gió, và chuyển hóa thành năng 
lượng điện để đảm bảo hoạt động thu phát của hệ thống. Các 
nghiên cứu này được đề cập trong các bài báo [5-7]. 
Tuy nhiên, hướng tiếp cận mới gần đây là sử dụng kỹ thuật 
thu thập năng lượng từ các tín hiệu tần số vô tuyến xung quanh 
như là giải pháp để truyền thông tin và năng lượng đồng thời 
[8-11]. Khái niệm truyền thông tin và năng lượng đồng thời 
được trình bày trong bài báo [9] cho các kênh truyền fading 
phẳng, trong đó đặc tính cơ bản cho các kịch bản truyền thông 
tin điểm-điểm là sự đánh đổi chủ yếu giữa tỉ lệ thông tin và 
năng lượng cần truyền. Ngoài ra, các tác giả còn nghiên cứu kỹ 
thuật thu thập năng lượng cho các kịch bản truyền thông tin 
với nhiễu xuyên kênh được trình bày trong bài báo [12] và bài 
báo [13] trình bày nghiên cứu việc truyền thông tin và năng 
lượng đồng thời trong các hệ thống đa đầu vào – đa đầu ra với 
thông tin kênh không hoàn hảo ở tại máy phát. 
Tuy vậy, các mạch điện thực tế của mạng thu thập năng 
lượng không thể nhận dạng dữ liệu và thu thập năng lượng 
được từ các tín hiệu vô tuyến cùng một thời điểm. Trong bài 
báo [14], các tác giả đã giới thiệu một kiến trúc máy thu tổng 
quát, ở đó các mạch điện thực hiện nhiệm vụ dò tìm tín hiệu và 
thu thập năng lượng hoạt động theo phương thức chia sẻ thời 
gian hoặc kiểu phân chia năng lượng. Ảnh hưởng việc phân 
chia năng lượng lên sự đánh đổi giữa tỷ lệ truyền thông tin đạt 
được và năng lượng thu thập được trình bày trong bài báo [10] 
và sự khác nhau hiệu năng giữa phân chia năng lượng và chia 
sẻ thời gian được nghiên cứu ở bài báo [15]. Các hướng tiếp 
cận này thích hợp với các mạng hợp tác một cách tự nhiên và 
những ảnh hưởng của chúng lên xác suất dừng cho các mạng 
chuyển tiếp dùng kỹ thuật khuếch đại và chuyển tiếp (AF) với 
một cặp nguồn và đích được nghiên cứu trong bài báo [16]. 
Một phương thức không những hiệu quả để mở rộng vùng 
phủ sóng của mạng vô tuyến, mà còn có khả năng trong việc 
chống lại các ảnh hưởng xấu của các kênh fading mà không 
cần sử dụng nhiều tài nguyên mạng hơn, đó là truyền thông đa 
chặng hay còn gọi là chuyển tiếp [17, 18]. Nguyên lý cơ bản 
của hệ thống truyền thông chuyển tiếp là cho phép sử dụng các 
nút ở giữa nút nguồn và nút đích giúp chuyển tiếp dữ liệu của 
nút nguồn. Gần đây, kỹ thuật chuyển tiếp được áp dụng cho 
mạng vô tuyến thu thập năng lượng với mục đích cải thiện 
vùng phủ sóng và/hoặc nâng cao hiệu năng của mạng [19-29]. 
Để phần tích hiệu năng của mạng, các nghiên cứu kể trên đều 
ĐỀ XUẤT PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH 
HIỆU NĂNG MỚI CHO MẠNG MIMO HAI 
CHẶNG CHUYỂN TIẾP THU THẬP 
NĂNG LƯỢNG 
Nguyễn Anh Tuấn*, Võ Nguyễn Quốc Bảo+, Lê Quốc Cường$ 
*
Cục Tần Số Vô Tuyến Điện 
+
Học Viện Công Nghệ Bưu Chính Viễn Thông Cơ Sở Thành Phố Hồ Chí Minh 
$ 
Sở Thông Tin Truyền Thông Thành Phố Hồ Chí Minh 
Số 01 (CS.01) 2017 TẠP CHÍ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG 50
ĐỀ XUẤT PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH HIỆU NĂNG MỚI CHO MẠNG MIMO 
sử dụng kỹ thuật xấp xỉ hợp lý ở vùng tỷ lệ trên nhiễu cao dựa 
trên hàm BesselK đề xuất bởi Nasir và các cộng sự trong [19]. 
Nhược điểm của kỹ thuật này là độ sai lệch sẽ tăng nhanh ở 
vùng tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu thấp, đặc biệt là các chặng không 
đối xứng. 
Trong bài báo này, chúng tôi đề xuất một kỹ thuật phân tích 
mới dựa vào phân tích chuỗi của hàm mũ và các kết quả phân 
tích cho kết quả chính xác hơn phương pháp truyền thống của 
Nasir và có thể áp dụng cho hệ thống sử dụng nhiều anten. 
II. MÔ HÌNH HỆ THỐNG 
Ta xem xét mô hình như Hình 1 bao gồm một nút nguồn (S), 
một nút chuyển tiếp (R) và một nút đích (D). Giả sử rằng nút 
nguồn và nút đích lần lượt có 
S
N và 
D
N anten trong khi nút 
chuyển tiếp chỉ có một anten. Giả sử rằng nút nguồn và nút 
đích hoạt động dựa trên năng lượng được cung cấp. 
RS D
Hình 1 Mô hình hệ thống chuyển tiếp hai chặng MIMO sử dụng năng lượng 
thu thập. 
Giả sử không tồn tại kênh truyền trực tiếp từ nút nguồn S tới 
nút đích D, do vùng phủ sóng của nút nguồn giới hạn hoặc do 
có vật cản giữa nút nguồn và nút đích. Gọi 1,ih với 
, ,1
S
i N và 2,jh với , ,1 Dj N lần lượt là hệ số kênh 
truyền của kênh truyền từ anten thứ i của nguồn và từ nút 
chuyển tiếp đến anten thứ j của nút đích. 
Xem xét ở kênh truyền fading Rayleigh, độ lợi kênh truyền 
2
1,i
h và 
2
2,j
h có phân bố hàm mũ với tham số 
1
l và 
2
l , cụ 
thể 
2
1 1,i
hEl với mọi i và 
22
2
, j
hEl với mọi j 
trong đó {.}E là toán tử trung bình thống kê. 
 Giả sử rằng hệ thống sử dụng kỹ thuật bán song công và nút 
chuyển tiếp sử dụng kỹ thuật giải mã và chuyển tiếp (decode-
and-forward) để chuyển tiếp dữ liệu đến nút đích, sử dụng kiến 
trúc phân chia năng lượng theo thời gian. Đặt T là chu kỳ phát 
của một symbol, quá trình truyền bán song công diễn ra theo 
ba pha thời gian như trình bày ở Hình 2. 
Pha 1: là pha thu thập năng lượng của nút chuyển tiếp, diễn 
ra trong khoảng thời gian Ta với a là tỷ lệ thời gian thu thập 
năng lượng, 0 1a . Khi đó, năng lượng mà nút chuyển 
tiếp thu thập được là 
 *
2
H S i
E P h Te a , (1) 
với e là hệ số hiệu năng chuyển đổi năng lượng 0 1e và 
S
P là công suất phát tại nút nguồn S . Trong (1), *i là chỉ số 
của anten có tỷ số tín hiệu trên nhiễu lớn nhất của chặng 1, cụ 
thể 
 1,
2
*
, 1,
argmax
SN i
i h
 . (2) 
Pha 2: là pha quảng bá dữ liệu của nút nguồn, diễn ra trong 
khoảng thời gian (1 ) 2Ta . Với kỹ thuật lựa chọn anten 
phát tại nút nguồn, nên anten có tỷ số tín hiệu trên nhiễu lớn 
nhất của chặng 1, sẽ được chọn để truyền dữ liệu về nút 
chuyển tiếp với giả sử rằng kênh truyền là không đổi trong pha 
1 và pha 2 dẫn đến tỷ số tín hiệu của chặng 1 như sau 
*
2
1,
1
0
2
, 1,1,
0
max
SN i
S i
S
P h
N
P
h
N
g
 (3) 
với 0N là công suất nhiễu AWGN tại các máy thu. 
Pha 3: là pha chuyển tiếp dữ liệu của nút chuyển tiếp đến 
nút đích diễn ra trong khoảng thời gian (1 ) 2Ta với công 
suất 
*
2
1,
2
1R
S i
P h
P
ea
a . (4) 
Tỷ số tín hiệu trên nhiễu từ nút chuyển tiếp đến anten thứ j 
của nút đích được cho như sau: 
*
2 2
2,1,
2,
0
2
( )1
S ji
j
P h h
N
h
g
a
a
. (5) 
Giả sử nút đích sử dụng kỹ thuật kết hợp tối ưu (Maximal 
Ratio Combining – MRC), ta có tỷ số tín hiệu trên nhiễu của 
chặng hai như sau 
*
*
2 2
2,1,
2
1
2
21,
2,
0
0 1
2
(1
2
(1
)
)
D
D
N
S ji
j
N
S i
j
j
P h h
N
P h
h
N
ea
a
ea
a
g
. (6) 
Chu kỳ phát tín hiệu T
Pha 1
Thu thập năng lượng
Pha 2
Quảng bá tín hiệu
Pha 3
Chuyển tiếp tín hiệu
Hình 2 Khung thời gian truyền bán song công. 
Khi nút chuyển tiếp sử dụng kỹ thuật giải mã và chuyển 
tiếp, như đã chứng minh trong [30, 31], hiệu năng của hệ thống 
sẽ bị quyết định bởi chặng yếu hơn. Biểu diễn theo biểu thức 
toán học, ta có tỷ số tín hiệu trên nhiễu tương đương của hệ 
thống như sau: 
 1 2
min( ),g g g
. (7) 
Số 01 (CS.01) 2017 TẠP CHÍ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG 51
Nguyễn Anh Tuấn, Võ Nguyễn Quốc Bảo, Lê Quốc Cường 
III. PHÂN TÍCH HIỆU NĂNG 
Biểu thức tính dung lượng C chuẩn hóa tức thời của hệ 
thống theo a là 
2
1
( ) log 1
2
C
a
a g
 (8) 
với tiền tố 
1
2
a
 là do quá trình thu thập năng lượng và 
truyền đơn công. Từ (8), ta có thể viết xác suất dừng của hệ 
thống như sau 
2
2
1
1
OP Pr log 1
2
Pr 2 1a
a
g
g
 (9) 
với 
2
12 1
th
ag với là tốc độ truyền mong muốn. 
Để dễ dàng phân tích, ta đặt 
 1,
2
1 , 1,
max
Si N i
hb
 (10) 
và 
2
,
1
2 2
.
DN
j
j
hb (11) 
Khi đó, ta có thể viết lại OP ở (9) như sau 
1 1 2
0 0
1 1 2
0 0
1 1 2
0 0
2
OP Pr ,
(1
2
1 Pr ,
(1
1 Pr ,
2
(1
min
)
)
)
th
th th
th th
S
S S
S S
S
P P
N N
P P
N N
P P
N N
a
b b b g
a
a
b g b b g
a
g g
b b b
a
h
h
a
h
. (12) 
Để có thể tính toán (12), ta cần biết được hàm CDF và PDF 
của 
1
b và
2
b . Giả sử kênh truyền là độc lập lẫn nhau, ta có 
hàm CDF của 
1
b như sau 
1
1
( ) 1
SNx
F x el
b
 . (13) 
Triển khai nhị thức Newton, ta có: 
1
1
1
1
( ) ( 1) 1
ixSN
iS
i
N
F x e
i
l
b
 . (14) 
Từ (14), ta có hàm PDF của 
1
b như sau: 
1
1
1
1 1
( ) ( 1)
ixSN
i S
i
N i
f x e
i
l
b l
 . (15) 
Khi nút đích sử dụng kỹ thuật MRC, ta có hàm CDF và PDF 
của 
2
b như sau: 
2
2
2
1
0
1
( ) 1
!
D
jx N
j
x
F x e
j
l
b l
 (16) 
và 
2
21
2
)
)
(
(
D
D
N
N
D
x
x e
x
N
f
l
b l
. (17) 
Hình 3 Miền tích phân của công thức (12). 
Đặt 
0
th
S
N
a
P
g
 và 
0
1 )
2
(
th
S
b
P
N
g
ea
a
 , ta có trong công thức 
(12) được viết lại như sau: 
2 1
1 1 2
P) r
)
,
1
( ,
(
a
a b a b
b
F f x dx
xb b
b b b
 . (18) 
Kết hợp (15) và (16), ta có 
2
1
2
1
1
0
1
1
1
!
( 1)
( , )
ix
D
S
jb N
x
ja
N
Si
i
a b
b
e
j x
N i
e dx
i
l
l
l
l
 . (19) 
Hoán đổi vị trí của dấu tổng và dấu tích phân trong (19) , ta 
viết lại ( , )a b như sau 
2
11 1
0 21 1
( 1)
!
( , )
S D
bi
xj xN N i
i
S
j
j a
Ni b e
dxa
i x
b
j
l
l
l l
. 
 (20) 
Tích phân trong (20) không tồn tại dạng đóng. Để giải 
quyết vấn đề này, ta quan sát thấy rằng tại vùng tỷ lệ trên nhiễu 
lớn thì
0
0
SP
h
N
ta
g
, nên ta có thể xấp xỉ bằng cách thay 
Số 01 (CS.01) 2017 TẠP CHÍ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG 52
ĐỀ XUẤT PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH HIỆU NĂNG MỚI CHO MẠNG MIMO 
đổi cận từ a về 0 như sau [19]: 
2
1
0
1
2
2
1 1 2
2 BesselK 1,2
j
bi
x
x
j
i
j
e
dx
x
ib
b
l
l
l
l l l
 . (21) 
với BesselK[n,z] là hàm Bessel điều chỉnh của loại hai [32]. 
Sử dụng kết quả từ (20), (21) và (12), ta tính được xác suất 
dừng của hệ thống như sau: 
1 2
0
2
0 0
1 1
1 0
1
)
2Besse
( 1)
OP 1
! 2
(1
1
lK 1,2
)
2 2
(1
S D
S th
th th
S
j
N N i
i j S
j
S
Ni
ij P
N
P P
N
j
N
g
l ea l
a
g ga
ea ea
a
. (22) 
Xấp xỉ cho OP mà ta đạt được ở (22) dựa trên giả sử rằng hệ 
thống hoạt động ở vùng tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu cao và chặng 
đầu tiên yếu hơn chặng thứ 2. Kỹ thuật xấp xỉ này sẽ không 
hiệu quả cho hệ thống MIMO, mà chúng tôi sẽ trình bày ở 
phần kết quả mô phỏng ở phần sau. Bên cạnh đó, với công 
nghệ hiện tại, hệ thống thu thập hoạt động ở vùng tỷ lệ tín hiệu 
trên nhiễu thấp, do đó gây ra những sai lệch lớn cho OP ở vùng 
tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu thấp. Trong phần tiếp theo đây, tôi đề 
xuất một kỹ thuật xấp xỉ mới, cho phép đánh giá chính xác hơn 
xác suất dừng của hệ thống. 
Ta bắt đầu từ tích phân 
2
1
bi
x
x
a
j
e
J dx
x
l
l
 ở (20) và sử 
dụng chuỗi cho hàm mũ [21, (1.211.1)], cụ thể 
 0 !k
k
x xe
k , (24) 
cho thành phần hàm mũ thứ hai của J , cụ thể 
2
0
2( 1)
!
k
b
x
k
k b
e
k x
l l
 . (24) 
Sử dụng (24), ta có 
2
1
1
0 2
( 1)
!
i bx
x
j
k
k
j
a
i
x
a
k
k
e e
dx
x
b e
dx
k x
l
l
l
l
. (25) 
Áp dụng công thức [33 Eq. (3.351.4)], ta có 
1
1
1 1
2
1
1
2
0
0 1)
(
Ei
( 1)
( 1)
! ( !
( 1
1) 2 ( 1 )
)
( )
k
ia
j
j k
k
k
j k
j k
k
i ia
b
k
i
a
j k
j ka k j
e
j k
l
l l
l
l
 (26) 
Từ (20), (26) và (12), ta có thể xấp xỉ xác suất dừng của hệ 
thống như sau: 
0
1
0
0
1 2
0
1 1
0
1
1 0
1
1
( 1)
OP 1
! ! 2
( )
1
1
( 1)
)
Ei
( !
S D
S
th
S
S
N N i k
i j k S
P
N
i
P
N
P
N
k j
S th
j k
j k
th
th
N i
ij k P
N
e
j
i
k
i
g
l
g
l ea l
a
g
l l
g
0
2 1
1
0
( 1)
( )( 1) 2 ( 1 )
S
t
k
P
j k
h
N
j
i
j k j k j k
g
l
 (27) 
Trong thực tế, chúng ta không thể tiến hành khảo sát với giá 
trị k trong (27) tiến tới vô hạn. Khi mà chuỗi vô hạn của xe 
mà ta sử dụng là chuỗi hội tụ, chúng ta có thể sử dụng một số 
thành phần đầu tiên của chuỗi để xấp xỉ và đạt kết quả mong 
đợi. Gọi 
t
N là số thành phần đầu tiên của chuỗi (27), ta có thể 
xấp xỉ OP như sau 
1
0
0
0
1 1
1 0 2
0
1
1
0 1
1
(
)
1)
1)
OP 1
! ! 2
(1
( 1)
Ei
( !
S D t
th
S
S
S
k j
S th
j k
N N N i k
i j k
j k
th
th
S
i
P
N
P
N
P
N
N i
ij k P
N
i i e
j k
g
l
g
l ea l
a
g
l l
g
0
1
2 1
0
( 1
( 1) 2 ( 1
)
( ) )
S
j k
th
P
j k
N
j k j k j k
i g
l
 (28) 
Số 01 (CS.01) 2017 TẠP CHÍ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG 53
Nguyễn Anh Tuấn, Võ Nguyễn Quốc Bảo, Lê Quốc Cường 
Độ chính xác của biểu thức xấp xỉ (28) tương quan với giá trị 
t
N sẽ được khảo sát trong phần tiếp theo. 
IV. KẾT QUẢ SỐ VÀ KẾT QUẢ MÔ PHỎNG 
Mục đích của phần này bao gồm: i) Kiểm chứng tính đúng 
đắn của các phân tích ở trên, ii) Khảo sát ưu và nhược điểm 
của giao thức đề xuất, iii) Khảo sát ảnh hưởng của các tham số 
hệ thống và kênh truyền lên hiệu năng hệ thống. Các tham số 
mô phỏng sử dụng như sau: 
1
1l , 
2
1l , 1 , 
0.3a và 0.75e . 
Hình 4 So sánh kỹ thuật xấp xỉ đề xuất và kỹ thuật xấp xỉ truyền thông. 
Trong Hình 4, chúng tôi đánh giá kỹ thuật xấp xỉ đề ra bằng 
cách thay đổi số lượng thành phần trong chuỗi từ 1 đến 10 và 
đồng thời so sánh với kết quả mô phỏng (là kết quả chính xác) 
và với kết quả của kỹ thuật xấp xỉ truyền thống. Như chỉ ra 
trên Hình 4, chỉ cần số lượng thành phần là 3 trở lên là cho kết 
quả tốt hơn kỹ thuật truyền thống trong vùng tỷ lệ tín hiệu trên 
nhiễu từ 0 đến 40 dB. Các kết quả này được xác nhận một lần 
nữa trong Hình 4, so sánh tỷ số của xác suất dừng xấp xỉ theo 
kỹ thuật truyền thống với xác suất dừng mô phỏng và tỷ số của 
xác suất dừng xấp xỉ theo kỹ thuật đề xuất với xác suất dừng 
mô phỏng. 
Hình 5 Tỷ số xác suất dừng xấp xỉ và xác suất dừng mô phỏng 
Hình 6 Xác suất dừng theo theo hệ số thời gian thu thập năng lượng với các 
trường hợp tỷ số tín hiệu trên nhiễu khác nhau. 
Trong Hình 6, chúng tôi khảo sát giá trị a tối ưu, nghĩa là 
giá trị mà xác suất dừng của hệ thống nhỏ nhất. Ta có thể thấy 
rằng, khi tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu của hệ thống tăng thì giá trị 
a tối ưu cũng thay đổi và có xu hướng tăng. 
Hình 7 Xác suất dừng hệ thống theo hệ số thời gian thu thập năng lượng với 
cấu hình nút nguồn và nút đích khác nhau. 
Mục đích của Hình 7 là khảo sát ảnh hưởng của cấu hình nút 
nguồn và cấu hình nút đích (số lượng anten) lên giá trị tối ưu 
của a . Ta khảo sát ba cấu hình tiêu biểu, cụ thể
1, 1
S D
N N , 2, 3
S D
N N , và 3, 2
S D
N N . Ta có 
thể kết luận rằng giá trị a là một hàm phức tạp của số lượng 
anten nút phát và thu cũng như tỷ số tín hiệu trên nhiễu của hệ 
thống. 
Trong hình cuối cùng, Hình 8, tôi khảo sát độ lợi phân tập 
của hệ thống bằng cách xem xét 5 cấu hình tiêu biểu và đồng 
thời vẽ các đường tham chiếu 
11 SNR , 21 SNR , 31 SNR . 
Ta quan sát thấy rằng, độ lợi phân tập của các hệ thống là 
,in( )m
S D
NN khi mà độ dốc của các đường xác suất dừng là 
Số 01 (CS.01) 2017 TẠP CHÍ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG 54
ĐỀ XUẤT PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH HIỆU NĂNG MỚI CHO MẠNG MIMO 
bằng độ dốc của các đường tham chiếu, cụ thể độ lợi phân tập 
của các hệ thống 1, 1
S D
N N , 2, 2
S D
N N , 
2, 3
S D
N N , 3, 2
S D
N N , 3, 3
S D
N N lần lượt 
là 1, 2, 2, 2, và 3. Đến đây ta có thể kết luận rằng độ lợi phân 
tập của hệ thống thu thập năng lượng là tương đương với độ 
lợi phân tập của hệ thống chuyển tiếp tương tự truyền thống. 
Hình 8 Xác suất dừng hệ thống theo tỷ số tín hiệu trên nhiễu với các cấu hình 
khác nhau của nút nguồn và nút đích. 
V. KẾT LUẬN 
Trong bài báo này, chúng tôi đã có những đóng góp sau: (i) 
Xây dựng mô hình toán cho hệ thống thu thập năng lượng 
chuyển tiếp với kỹ thuật TAS ở nút nguồn và kỹ thuật MRC ở 
nút đích (ii) Đề xuất kỹ thuật tính toán xác suất dừng hệ thống 
tốt hơn phương pháp truyền thống và (iii) Chứng minh rằng độ 
lợi phân tập của hệ thống là tương đương với hệ thống tươg tự 
truyền thống (không dùng thu thập năng lượng). Dựa trên mô 
hình, đề xuất và các kết quả đạt được, đề tài có thể phát triển 
theo các hướng sau, ví dụ như, phát triển mô hình cho kỹ thuật 
truyền song công, phát triển và nghiên cứu mô hình PS, 
nghiên cứu phân tích các tham số hiệu năng khác, BER, 
Capacity, và nghiên cứu và giải bài toán với mô hình lựa chọn 
nút chuyển tiếp tối ưu. 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
[1] I. F. Akyildiz, S. Weilian, Y. Sankarasubramaniam, and E. Cayirci, 
"A survey on sensor networks," IEEE Communications Magazine, 
vol. 40, no. 8, pp. 102-114, 2002. 
[2] M. Ilyas and I. Mahgoub, Handbook of sensor networks : compact 
wireless and wired sensing systems. Boca Raton: CRC Press, 2005, 
p. 1 v. (various pagings). 
[3] S. Sudevalayam and P. Kulkarni, "Energy Harvesting Sensor 
Nodes: Survey and Implications," Communications Surveys & 
Tutorials, IEEE, vol. 13, no. 3, pp. 443-461, 2011. 
[4] P. D. Mitcheson, E. M. Yeatman, G. K. Rao, A. S. Holmes, and T. 
C. Green, "Energy Harvesting From Human and Machine Motion 
for Wireless Electronic Devices," Proceedings of the IEEE, vol. 96, 
no. 9, pp. 1457-1486, 2008. 
[5] I. Krikidis, S. Timotheou, S. Nikolaou, Z. Gan, D. W. K. Ng, and 
R. Schober, "Simultaneous wireless information and power transfer 
in modern communication systems," Communications Magazine, 
IEEE, vol. 52, no. 11, pp. 104-110, 2014. 
[6] S. Suja and T. Sathish Kumar, "Solar based wireless power transfer 
system," in Computation of Power, Energy, Information and 
Communication (ICCPEIC), 2013 International Conference on, 
2013, pp. 93-99. 
[7] D. Gunduz, K. Stamatiou, N. Michelusi, and M. Zorzi, "Designing 
intelligent energy harvesting communication systems," IEEE 
Communications Magazine, vol. 52, no. 1, pp. 210-216, 2014. 
[8] L. Xiao, P. Wang, D. Niyato, D. Kim, and Z. Han, "Wireless 
Networks with RF Energy Harvesting: A Contemporary Survey," 
IEEE Communications Surveys & Tutorials, vol. PP, no. 99, pp. 1-
1, 2015. 
[9] L. R. Varshney, "Transporting information and energy 
simultaneously," in IEEE International Symposium on Information 
Theory 2008 (ISIT'08), 2008, pp. 1612-1616. 
[10] L. Liang, Z. Rui, and C. Kee-Chaing, "Wireless Information and 
Power Transfer: A Dynamic Power Splitting Approach," IEEE 
Transactions on Communications, vol. 61, no. 9, pp. 3990-4001, 
2013. 
[11] J. A. Paradiso and T. Starner, "Energy scavenging for mobile and 
wireless electronics," Pervasive Computing, IEEE, vol. 4, no. 1, pp. 
18-27, 2005. 
[12] L. Liang, Z. Rui, and C. Kee-Chaing, "Wireless information 
transfer with opportunistic energy harvesting," in Information 
Theory Proceedings (ISIT), 2012 IEEE International Symposium 
on, 2012, pp. 950-954. 
[13] X. Zhengzheng and T. Meixia, "Robust Beamforming for Wireless 
Information and Power Transmission," Wireless Communications 
Letters, IEEE, vol. 1, no. 4, pp. 372-375, 2012. 
[14] X. Zhou, R. Zhang, and C. Ho, "Wireless Information and Power 
Transfer: Architecture Design and Rate-Energy Tradeoff," 
Communications, IEEE Transactions on, vol. PP, no. 99, pp. 1-14, 
2013. 
[15] R. Zhang and C. K. Ho, "MIMO Broadcasting for Simultaneous 
Wireless Information and Power Transfer," IEEE Transactions on 
Wireless Communications, vol. 12, no. 5, pp. 1989-2001, 2013. 
[16] S. Luo, R. Zhang, and T. J. Lim, "Optimal Save-Then-Transmit 
Protocol for Energy Harvesting Wireless Transmitters," Wireless 
Communications, IEEE Transactions on, vol. 12, no. 3, pp. 1196-
1207, 2013. 
[17] M. O. Hasna and M.-S. Alouini, "Outage Probability of Multihop 
Transmission Over Nakagami Fading Channels," IEEE 
Communications Letters, vol. 7, no. 5, pp. 216-218, May 2003. 
[18] V. N. Q. Bao and H. Y. Kong, "Error probability performance for 
multi-hop decode-and-forward relaying over Rayleigh fading 
channels," in Advanced Communication Technology, 2009. ICACT 
2009. 11th International Conference on, 2009, vol. 3, pp. 1512-
1516: IEEE. 
[19] A. A. Nasir, Z. Xiangyun, S. Durrani, and R. A. Kennedy, 
"Relaying Protocols for Wireless Energy Harvesting and 
Information Processing," IEEE Transactions on Wireless 
Communications, vol. 12, no. 7, pp. 3622-3636, 2013. 
[20] Z. Caijun, H. A. Suraweera, Z. Gan, I. Krikidis, and Z. Zhaoyang, 
"Wireless Information and Power Transfer With Full Duplex 
Relaying," Communications, IEEE Transactions on, vol. 62, no. 10, 
pp. 3447-3461, 2014. 
[21] Z. Chen, B. Xia, and H. Liu, "Wireless information and power 
transfer in two-way amplify-and-forward relaying channels," in 
Signal and Information Processing (GlobalSIP), 2014 IEEE Global 
Conference on, 2014, pp. 168-172. 
[22] Z. Yang, Z. Ding, P. Fan, and G. Karagiannidis, "Outage 
Performance of Cognitive Relay Networks with Wireless 
Information and Power Transfer," Vehicular Technology, IEEE 
Transactions on, vol. PP, no. 99, pp. 1-1, 2015. 
[23] K. H. Liu, "Performance Analysis of Relay Selection for 
Cooperative Relays Based on Wireless Power Transfer With Finite 
Energy Storage," IEEE Transactions on Vehicular Technology, vol. 
65, no. 7, pp. 5110-5121, 2016. 
[24] N. T. Do, D. B. da Costa, T. Q. Duong, V. N. Q. Bao, and B. An, 
"Exploiting Direct Links in Multiuser Multirelay SWIPT 
Số 01 (CS.01) 2017 TẠP CHÍ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG 55
Nguyễn Anh Tuấn, Võ Nguyễn Quốc Bảo, Lê Quốc Cường 
Cooperative Networks With Opportunistic Scheduling," IEEE 
Transactions on Wireless Communications, vol. 16, no. 8, pp. 
5410-5427, 2017. 
[25] N. T. Do, V. N. Q. Bao, and B. An, "Outage performance analysis 
of relay selection schemes in wireless energy harvesting 
cooperative networks over non-identical rayleigh fading channels," 
Sensors, vol. 16, no. 3, p. 295, 2016. 
[26] P. V. T. Anh, V. N. Q. Bao, and K. N. Le, "On the performance of 
wireless energy harvesting TAS/MRC relaying networks over 
Nakagami-m fading channels," in Information and Computer 
Science (NICS), 2016 3rd National Foundation for Science and 
Technology Development Conference on, 2016, pp. 1-5: IEEE. 
[27] N. T. Van, H. M. Tan, T. M. Hoang, T. T. Duy, and V. N. Q. Bao, 
"Exact outage probability of energy harvesting incremental relaying 
networks with MRC receiver," in Advanced Technologies for 
Communications (ATC), 2016 International Conference on, 2016, 
pp. 120-125: IEEE. 
[28] P. M. Quang, T. T. Duy, and V. N. Q. Bao, "Performance 
evaluation of underlay cognitive radio networks over Nakagami-m 
fading channels with energy harvesting," in Advanced Technologies 
for Communications (ATC), 2016 International Conference on, 
2016, pp. 108-113: IEEE. 
[29] Q. N. Le, N. T. Do, V. N. Q. Bao, and B. An, "Full-duplex 
distributed switch-and-stay networks with wireless energy 
harvesting: design and outage analysis," EURASIP Journal on 
Wireless Communications and Networking, vol. 2016, no. 1, p. 285, 
2016. 
[30] T. Duong and V. N. Q. Bao, "Performance analysis of selection 
decode-and-forward relay networks," Electronics Letters, vol. 44, 
no. 20, pp. 1206-1207, 2008. 
[31] V. N. Q. Bao and K. Hyung Yun, "Error probability performance 
for multi-hop decode-and-forward relaying over Rayleigh fading 
channels," in Advanced Communication Technology, 2009. ICACT 
2009. 11th International Conference on, 2009, vol. 03, pp. 1512-
1516. 
[32] M. Abramowitz and I. A. Stegun, Handbook of mathematical 
functions with formulas, graphs, and mathematical tables, 10th 
printing, with corrections. ed. Washington: U.S. Govt. Print. Off., 
1972, pp. xiv, 1046 p. 
[33] D. Zwillinger, Table of integrals, series, and products. Elsevier, 
2014. 
A NEW DERIVATION APPROACH FOR 
SIMULANEOUS WIRELESS INFORMATION AND 
POWER TRANSFER FOR MIMO DUALHOP RELAY 
NETWORKS 
Abstract: This paper proposes a novel derivation approach to 
derive the system outage propability for Simulaneous Wireless 
Information and Power Transfer for MIMO dualhop relay 
networks. The proposed approach is able to provide an 
excellent approximation for the system OP as compared with 
the conventional approach, esspeically for for MIMO dualhop 
relay networks. Simulation results is performed to verifty the 
analysis approach and to investigate the system behaviors. 
Keywords: relaying, dualhop, MIMO, fading channels, 
SWIPT. 
Nguyễn Anh Tuấn nhận bằng kỹ sư và 
bằng thạc sĩ tại Trường Đại Học Bách Khoa 
Hà Nội năm 2002 và năm 2007. ThS. Tuấn 
hiện đang công tác tại Cục Tần Số Vô 
Tuyến Điện – Bộ Thông tin và Truyền 
thông và là nghiên cứu sinh của Học Viện 
Công Nghệ Bưu Chính Viễn Thông. Hướng 
nghiên cứu hiện tại đang quan tâm bao 
gồm: thông tin vô tuyến, quy hoạch tần số, kỹ thuật thu thập 
năng lượng vô tuyến, phân tích hiệu năng mạng vô tuyến. 
Võ Nguyễn Quốc Bảo tốt nghiệp Tiến sĩ 
chuyên ngành vô tuyến tại Đại học Ulsan, 
Hàn Quốc vào năm 2010. Hiện nay, TS. 
Bảo là phó giáo sư của Bộ Môn Vô Tuyến, 
Khoa Viễn Thông 2, Học Viện Công Nghệ 
Bưu Chính Viễn Thông Cơ Sở Thành Phố 
Hồ Chí Minh và đồng thời là giám đốc của 
phòng thí nghiệm nghiên cứu vô tuyến 
(WCOMM). 
TS. Bảo hiện là thành viên chủ chốt (senior member) của IEEE 
và là tổng biên tập kỹ thuật của tạp chí REV Journal on 
Electronics and Communication. TS. Bảo đồng thời là biên tập 
viên (editor) của nhiều tạp chí khoa học chuyên ngành uy tín 
trong và ngoài nước, ví dụ: Transactions on Emerging 
Telecommunications Technologies (Wiley ETT), VNU Journal 
of Computer Science and Communication Engineering. TS. 
Bảo đã tham gia tổ chức nhiều hội nghị quốc gia và quốc tế, ví 
dụ: ATC (2013, 2014), NAFOSTED-NICS (2014, 2015, 
2016), REV-ECIT 2015, ComManTel (2014, 2015), and 
SigComTel 2017. 
Hướng nghiên cứu hiện tại đang quan tâm bao gồm: vô tuyến 
nhận thức, truyền thông hợp tác, truyền song công, bảo mật lớp 
vật lý và thu thập năng lượng vô tuyến. 
Lê Quốc Cường tốt nghiệp Tiến sĩ chuyên 
ngành khoa học kỹ thuật Đại học Viễn 
thông quốc gia Saint Peterburg, Liên bang 
Nga. Hiện nay, TS. Cường là phó giám 
đốc Sở Thông Tin và Truyền Thông TP. 
Hồ Chí Minh. Hướng nghiên cứu hiện tại 
đang quan tâm bao gồm: thông tin quang 
và thông tin vô tuyến chú trọng gần đây là 
IoT, và vô tuyến nhận thức. 
Số 01 (CS.01) 2017 TẠP CHÍ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG 56