Phân tích xác suất dừng hệ thống chuyển tiếp hai chiều sử dụng công nghệ thu thập năng lượng từ nguồn phát

Nguyễn Anh Tuấn, Trần Thiên Thanh, Võ Nguyễn Quốc Bảo 
Tác giả liên hệ: Nguyễn Anh Tuấn 
Email: natuan@rfd.gov.vn 
Đến tòa soạn: 16/4/2018, chỉnh sửa: 10/5/2018, chấp nhận đăng: 20/5/2018 
PHÂN TÍCH XÁC SUẤT DỪNG HỆ THỐNG 
CHUYỂN TIẾP HAI CHIỀU SỬ DỤNG CÔNG NGHỆ 
THU THẬP NĂNG LƯỢNG TỪ NGUỒN PHÁT 
Nguyễn Anh Tuấn*, Trần Thiên Thanh**, Võ Nguyễn Quốc Bảo# 
*Cục Tần số vô tuyến điện-Bộ Thông tin và Truyền thông 
**Trường Đại Học Giao Thông Vận Tải TP. Hồ Chí Minh 
# Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông 
Tóm tắt- Bài báo này nghiên cứu mạng chuyển tiếp 
hai chiều sử dụng kỹ thuật thu thập năng lượng từ 
nguồn phát năng lượng. Các nút mạng không có 
năng lượng lưu trữ mà sử dụng năng lượng thu 
thập từ nguồn phát năng lượng để cung cấp cho các 
hoạt động truyền phát. Chúng tôi đã đề xuất 
phương pháp để phân tích xác suất dừng chính xác 
của hệ thống và biểu diễn dưới dạng tường minh. 
Kết quả mô phỏng đã xác nhận tính chính xác của 
kết quả phân tích và chỉ ra rằng vị trí của nguồn 
phát và nút chuyển tiếp ảnh hưởng rất lớn đến hiệu 
năng của hệ thống. 
Từ khóa- chuyển tiếp hai chiều, fading Rayleigh, thu 
thập năng lượng vô tuyến, nguồn phát năng lượng 
I. GIỚI THIỆU 
Trong những năm gần đây, công nghệ thu thập 
năng lượng là một hướng nghiên cứu sôi động và 
được các nhóm nghiên cứu trên thế giới quan tâm 
[1-3] như là một phần của công nghệ truyền thông 
xanh [4-7]. Bên cạnh thu thập năng lượng từ nguồn 
tự nhiên ví dụ như gió, thủy triều, ánh sáng mặt 
trời, thu thập năng lượng từ sóng vô tuyến có 
nhiều ưu điểm như tính ổn định, chủ động, và dễ 
dàng áp dụng cho các mạng thông tin vô tuyến [8-
10]. Công nghệ thu thập năng lượng vô tuyến cho 
phép các nút mạng thu năng lượng bên cạnh thông 
tin từ tín hiệu vô tuyến để chuyển đổi thành năng 
lượng phục vụ cho các hoạt động truyền phát của 
mạng [11, 12]. Công nghệ này này cho phép kéo 
dài thời gian hoạt động của các nút mạng vô tuyến 
ngay cả khi nút mạng không được cấp nguồn tại 
chỗ, đặc biệt hữu dụng cho các mạng cảm biến 
không dây. Hiện này, có hai kiến trúc trúc cơ bản 
trong thu thập năng lượng vô tuyến, đó là (i) thu 
thập năng lượng phân chia theo thời gian và (ii) 
thu thập năng lượng phân chia theo công suất [12]. 
Cho đến nay, có rất nhiều nghiên cứu nhằm cải 
thiện hiệu năng và vùng phủ sóng của mạng thu 
thập năng lượng, ví dụ như: [13] đề xuất phương 
pháp phân tích hiệu năng của mạng chuyển tiếp 
thu thập năng lượng, [14] đề xuất phương pháp 
phân tích hiệu năng dựa trên chuỗi Taylor cho 
mạng chuyển tiếp có lựa chọn nút chuyển tiếp, 
[15] đề xuất phương pháp phân tích hiệu năng mới 
cho mạng Multi-Input Multi-Output chuyển tiếp 
thu thập năng lượng thu thập năng lượng, [16] 
khảo sát ảnh hưởng của kênh truyền không hoàn 
hảo trong lựa chọn nút chuyển tiếp của mạng 
chuyển tiếp thu thập năng lượng, [17, 18] áp dụng 
kỹ thuật distributed switch-and-stay cho mang 
chuyển tiếp thu thu thập năng lượng, [19] tận dụng 
kênh truyền trực tiếp cho hệ thống chuyển tiếp đa 
người dùng sử dụng kỹ thuật SWIPT 
(Simultaneous Wireless Information and Power 
Transfer), [20] khảo sát hiệu năng của mạng 
chuyển tiếp đa chặng theo cụm với kỹ thuật thu 
thập năng lượng, [21] khảo sát thông lượng của 
mạng thu thập năng lượng có nguồn phát. 
Bên cạnh kỹ thuật thu thập năng lượng, kỹ thuật 
chuyển tiếp là một kỹ thuật hiệu quả để mở rộng 
vùng phủ sóng của mạng vô tuyến, đặc biệt là 
mạng vô tuyến thu thập năng lượng do năng lượng 
thu thập hiện nay vẫn ở mức mW [22-24]. Trong 
các kỹ thuật chuyển tiếp, chuyển tiếp hai chiều cho 
hiệu suất phổ tần cao nhất [25, 26]. Cho đến nay, 
kỹ thuật chuyển tiếp hai chiều đã được xem xét 
cho nhiều công nghệ tiên tiến ở lớp vật lý, ví dụ 
như vô tuyến nhận thức [27-29], bảo mật lớp vật lý 
[30], song công [31], gói tin ngắn [32], và điều chế 
không gian [33]. 
Gần đây, kỹ thuật thu thập năng lượng cũng được 
áp dụng cho mạng chuyển tiếp hai chiều, ví dụ ở 
những bài báo [34], [35], [36], [37]. Cụ thể, trong 
[34], nhóm tác giả đã đánh giá hiệu năng của hệ 
thống truyền chuyển tiếp hai chiều trong môi 
trường vô tuyến nhận thức với nút chuyển tiếp thu 
thâp năng lượng trong điều kiện suy giảm phần 
cứng. Trong bài báo [35], Tutuncuoglu và cộng sự 
đã đề xuất các giao thức cho phép tôi đa tổng 
thông lượng của mạng chuyển tiếp hai chiều với 
giả sử các nút mạng hoạt động dựa trên năng lượng 
 SỐ 01 & 02 (CS.01) 2018 TẠP CHÍ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG 29
PHÂN TÍCH XÁC SUẤT DỪNG HỆ THỐNG CHUYỂN TIẾP HAI CHIỀU  
thu thập và không có bộ đêm. Các kết quả phân 
tích trong bài báo đã chỉ ra rằng kỹ thuật chuyển 
tiếp có ảnh hưởng đáng kể lên giao thức truyền tối 
ưu. Bài báo [36] đã xem xét mạng chuyển tiếp hai 
chiều thu thập năng lượng vô tuyến với một nút 
mạng không thu thập năng lượng và một nút mạng 
có sử dụng thu thập năng lượng. Bài báo đã đề 
xuất một giao thức truyền tối ưu dựa trên mô hình 
thu thập năng lượng ngẫu nhiên. Gần đây, bài báo 
[37] đã phân tích chất lượng hệ thống truyền 
chuyển tiếp DF hai chiều ba pha thời gian trong đó 
nút chuyển tiếp thu thập năng lượng từ tín hiệu vô 
tuyến trong hai pha đầu tiên để chuyển đổi thành 
nguồn phát tín hiệu trong pha thời gian thứ ba. 
Trong bài báo này, nhóm tác giả phân tích chất 
lượng hệ thống theo hai thông số là xác suất dừng 
và thông lượng. Tuy nhiên, bài báo chưa đưa ra 
biểu thức dạng tường minh của xác suất dừng toàn 
hệ thống. 
Trong bài báo này, chúng tôi đề xuất mô hình 
chuyển tiếp hai chiều sử dụng kỹ thuật giải mã và 
chuyển tiếp sử dụng năng lượng thu thập với bốn 
khe thời gian. Các nút mạng thu thập năng lượng 
từ nguồn phát năng lượng độc lập. Chúng tôi phân 
tích và biểu diễn xác suất dừng hệ thống ở kênh 
truyền fading Rayleigh ở dạng tường minh. Các 
kết quả phân tích là mới và là đóng góp quan 
trọng. Các kết quả phân tích trong bài báo là 
những kết quả bước đầu để phân tích những mô 
hình phức tạp hơn khi sử dụng chuyển tiếp hai 
chiều và nhiều nguồn phát năng lượng. 
Các phần tiếp theo của bài báo được bố cục như 
sau. Phần II là Mô hình hệ thống. Phần III phân 
tích xác suất dừng chính xác của hệ. Phần IV trình 
bày kết quả mô phỏng Monte Carlo để kiểm chứng 
kết quả phân tích lý thuyết và khảo sát đặc tính của 
hệ thống. Phần V là phần kết luận của bài báo. 
II. MÔ HÌNH HỆ THỐNG 
PB
R
Phase 2
BA
Phase 4
Phase 3Phase 1
Hình 1 Hệ thống chuyển tiếp hai chiều thu thập năng 
lượng sử dụng kỹ thuật chuyển tiếp DF với một nguồn 
phát năng lượng. 
Hệ thống chuyển tiếp hai chiều thu thập năng lượng 
gồm hai nút nguồn (ký hiệu A và B), một nút chuyển 
tiếp (ký hiệu R) và một nút cung cấp năng lượng (ký 
hiệu PB). Giả sử rằng các nút A, B, và R đều không 
được trang bị nguồn năng lượng và phải sử dụng năng 
lượng thu thập từ PB. Mô hình này rất thực tế thường 
ứng dụng cho mạng cảm biến không dây với các nút 
mạng thường dựa vào năng lượng thu thập để hoạt 
động. 
Quá trình truyền năng lượng và thông tin của hệ 
thống diễn ra trong bốn khe thời gian con có thời gian 
lần lượt là: T , 
(1 )
3
T 
, 
(1 )
3
T 
, và 
(1 )
3
T 
 với 
 là hệ số phân chia thời gian với (0,1) và T là 
thời gian truyền của một symbol chuẩn trong chế độ 
truyền trực tiếp. Trong thực tế, giá trị là một tham 
số hiệu năng quan trọng, và có thể chọn để hiệu 
năng hệ thống tối ưu [41] [42]. 
Trong khe thời gian con thứ nhất, PB phát năng 
lương cho các nút A, B, và R. Trong khe thời gian 
con thứ 2 và 3, nút nguồn A và B lần lượt truyền 
thông tin về nút chuyển tiếp R. Trong khe thời gian 
cuối cũng, nút R chuyển tiếp thông tin nhận được từ 
nút A (và B) về nguồn B (và A) dùng giao thức giải 
mã và chuyển tiếp. 
Gọi h với A,B,R,P và A,B,R là 
hệ số kênh truyền từ , ta có 
2
h có phân bố 
hàm mũ với giá trị trung bình XY khi xem xét hệ 
thống ở kênh truyền fading Rayleigh. 
Xem xét khe thời gian con thứ nhất, năng lượng thu 
thập tại nút A, B và R từ PB lần lượt như sau: 
2
A PB PAE P T h , (1) 
2
PBB PBE P T h , (2) 
và 
2
PBR PRE P T h (3) 
với  là hiệu năng thu thập năng lượng và PBP là 
công suất phát trung bình của PB. 
Xem xét trong khoảng thời gian 
(1 )
3
T 
, ta tính 
được công suất phát của A, B, và R như sau: 
2
PB PA
A
3
,
1
P
P h 
 (4) 
2
PB PA
B
1
3 P
P
h 
, (5) 
và 
2
PB PR
R
1
3 P
P
h 
. (6) 
Khi đó, ta có tỷ số tín hiệu nhận được tại R trong 
khe thời gian con thứ 2 và 3 như sau: 
 SỐ 01 & 02 (CS.01) 2018 TẠP CHÍ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG 30
Nguyễn Anh Tuấn, Trần Thiên Thanh, Võ Nguyễn Quốc Bảo 
2 2 2
A AR PA ARPB
AR
0 0
,
3
1
h h hP
N
P
N
 

 (7) 
2 2 2
A BR PB BRPB
BR
0 0
.
3
1
h h hP
N
P
N
 

 (8) 
với 0N là công suất nhiễu trắng tại máy thu. 
Tương tự, ta có tỷ số tín hiệu trên nhiễu tại A và B 
trong khe thời gian con thứ 4 như sau 
2 2 2
A AR PR RAPB
RA
0 0
,
3
1
h h hP
N
P
N
 

 (9) 
2 2 2
A AR PR RBPB
RB
0 0
.
3
1
h h hP
N
P
N
 

 (10) 
III. PHÂN TÍCH XÁC SUẤT DỪNG HỆ THỐNG 
Trong phần này, chúng tôi sẽ phân tích xác suất 
dừng của hệ thống ở kênh truyền fading Rayleigh. 
Xem xét ba khe thời gian con để truyền thông tin, hệ 
thống chuyển tiếp hai chiều sử dụng kỹ thuật giải mã 
và chuyển tiếp sẽ bị dừng nếu bất kỳ một khe thời 
gian con nào không đảm bảo tốc độ dữ liệu mong 
muốn cho trước, . Áp dụng định luật tổng xác suất, 
ta có thể viết xác suất dừng hệ thống như sau 
 
 
AR
AR BR
AR BR R
OP Pr ( )
Pr ( ) ( )
,Pr ( ) ( ) , (
,
)
f
f f
f f f

 
  
 (11) 
với 
2
1
( ) log (1 )
3
f
 
 với AR,BR,R ; 
R là tỷ số tín hiệu trên nhiễu tương đương của khe 
thời gian con thứ 4. 
Khi nút chuyển tiếp sử dụng kỹ thuật giải mã và 
chuyển tiếp, ta có thể viết [43] 
 R RA RBmin( , )   . (12) 
Từ (7), (8), và (12), ta có thể viết OP lại do tính độc 
lập thống kê của AR , AR , và R như sau: 
AR th AR th BR th
AR th BR th R th
AR th BR th R th
OP Pr Pr ) Pr(
Pr( ) Pr( ) Pr
1 Pr Pr Pr
     
     
     
 (13) 
với 
3
12 1
R
th
  và dấu “=” ở (13) có được do sử 
dụng tính chất hXY Y tXt hPr 1 Pr    .
 Để tìm được OP , ta cần tín toán AR thPr   , 
 BR thPr   và R thPr   . Cụ thể ta viết lại (7) 
như sau: 
2 2
PA ARPB
AR th th
0
P
3
r 1 Pr
1 N
h hP 
  
 (14) 
Sử dụng xác suất có điều kiện, ta có thể viết 
 2 2
AR PA
th 0
AR th
PB0
Pr 1 (
1
3
)
h h
N
F f x dx
P
x

 
 
 (15) 
với 2
AR
)(
h
F  và 2
PA
)(
h
f  lần lượt là hàm CDF của 
2
ARh và hàm PDF của 
2
APh . Thay thế 2
AR
)(
h
F  
có dạng 
 2
AR
AR
( e) x1 p
h
F



 (16) 
và 2
AR
)(
h
f  có dạng 
 2
AR
AR AR
1
) x( e p
h
f


 
 (17) 
vào (15), ta được 
 th 0AR th
PBA0 R
AR AP
th 0
P
AP
AP
AP
AP
AP
0R
AP
BA AR AP
1
Pr 1 exp
1
exp
1
1
3
1
1
p
1
3
ex
P
P
N
d
N
d

 
 



 
 

   

 (18) 
Sử dụng biến đổi (3.321.1) ở [44], ta được 
 th 0AR th
PB AR AP
th 0
1
PB AR AP
(1
P
)
3
2
)
3
r
(1
2
P
P
N
N
 
 
  
 
  
 (19) 
với 1 x làm hàm Bessel điều chỉnh loại 2 bậc 1 
[45]. 
Từ (7) và (8), ta nhận thấy rằng AR và BR có 
cùng một dạng, nên từ AR thPr   , ta dễ dàng suy 
ra BR thPr   như sau: 
 th 0BR th
PB BR BP
th 0
1
PB BR BP
(1
P
)
3
2
)
3
r
(1
2
P
P
N
N
 
 
  
 
  
. (20) 
 SỐ 01 & 02 (CS.01) 2018 TẠP CHÍ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG 31
PHÂN TÍCH XÁC SUẤT DỪNG HỆ THỐNG CHUYỂN TIẾP HAI CHIỀU  
Bây giờ ta sẽ tìm R thPr   bằng cách xem xét 
RA và RB ở (9) và (10) và nhận thấy RA và RB là 
tương quan với nhau do có một thành phần chung 
2
PRh . Do đó, áp dụng xác xuất có điều kiện, ta có thể 
viết R thPr   như sau: 
PRR PR
R th th γ PR Pγ
0
RPr ( ) (γ γ)F f d  
 . (21) 
Nhắc lại (12), ta có thể viết 
R PR
th RA PR th RB PR thγ
( γ) 1 Pr , γF

     . 
 (22) 
Khi điều kiện trên PRγ , RA PRγ và RB PRγ là độc 
lập thống kê với nhau, nên ta có thể viết lại (22) như 
sau: 
R PR
th RA PR th RB PR thγ
γ( ) 1 P P γr rF

     . 
 (23) 
Ở kênh fading Rayleigh, ta có 
 2 th 0RA PR th RA 2
PB PR
th 0
2
PB RA PR
(1 )
Pr Pr
(1 )
exp
γ
3
3 h
N
N
h
P h
P
 
 
 
 
 
 .(24) 
Tương tự, ta có 
 th 0RB PR th 2
PB RB PR
P γ
3
(1 )
r exp
P
N
h
 
 
 
. (25) 
Kết hợp (22), (23), (24), và (25), ta có 
 th 0 th 0R th
PB RA PR PB RB PR
PR
PR
R PR
0
P
(1 ) (1 )
P x
3 3
r 1 e p exp
e p
1
x
N N
P
d
P
  
 
     


 
 (26) 
với 
2
PR PRh . 
Sử dụng lại biến đổi (3.321.1) ở [44], ta có 
 th 0 th 0R th 1
PB AR AP PB AR AP
th 0 th 0
1
PB BR BP PB BR BP
th 0
PB PR RA RB
th 0
1
PB PR
(1 (1
Pr 1 2 2
(1 (1
2 2
(1 ) 1 1
2
(1 ) 1
3
) )
3 3
) )
3
3
3
2
P P
P P
P
P
N N
N N
N
N
  
 
     
  
     
 
   
 
 
RA RB
1
 
 .
 (27) 
Cuối, thay thế (19), (20) và (27) vào (13), ta có 
được kết quả dạng đóng của xác suất dừng hệ thống ở 
kênh truyền fading Rayleigh. 
V. KẾT QUẢ MÔ PHỎNG 
Trong phần này chúng tôi sẽ thực hiện mô phỏng 
Monte Carlo để kiểm chứng kết quả lý thuyết phân 
tích ở phần trên và khảo sát đặc tính của hệ thống. Để 
đơn giản, chúng ta giả sử hệ thống được đặt trên một 
mặt phằng hai chiều và các nút nguồn A, B, R và PB 
có tọa độ lần lượt là: (0, 0), (1, 0), (0.5, 0), và 
PB PB( , )x y ngoại trừ các khai báo khác. Với kênh 
truyền, chúng ta sử dụng mô hình suy hao đường 
truyền đơn giản để mô hình hóa độ lợi kênh truyền 
trung bình, cụ thể d  với d là khoảng 
cách vật lý giữa và và  hệ số suy hao đường 
truyền có giá trị từ 2 đến 6, với 3 . Các tham số 
hệ thống có giá trị như sau: 0.6 và 1 . 
Hình 2 Xác suất dừng hệ thống theo PBP : ảnh hưởng 
của với PB PB( , ) (0.5,1)x y và AR 0.5d . 
Hình 3 Xác suất dừng hệ thống theo : ảnh hưởng của 
PBP với PB PB( , ) (0.5,1)x y và AR 0.5d . 
Hình 2 khảo sát ảnh hướng của hệ số lên xác 
suất dừng của hệ thống bằng cách vẽ xác suất dừng hệ 
thống theo PBP . Ta xem xét ba trường hợp của hệ số 
 , đó là 0.25, 0.5 và 0.75. Kết quả trong Hình 2 chỉ 
ra rằng giá trị hệ thống sẽ có giá trị xác suất dừng 
 SỐ 01 & 02 (CS.01) 2018 TẠP CHÍ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG 32
Nguyễn Anh Tuấn, Trần Thiên Thanh, Võ Nguyễn Quốc Bảo 
thấp nhất khi 0.25 và xác suất dừng lớn nhất khi 
0.75 . Bên cạnh đó, kết quả lý thuyết và kết quả 
mô phỏng trùng khít nhau, xác nhận phương pháp 
phân tích xác suất dừng ở phân trên là đúng đắn. 
 Để hiểu rõ ảnh hưởng của giá trị , ta vẽ xác suất 
dừng hệ thống theo với ba trường hợp của 
PBP trong Hình 3. Từ Hình 3 ta thấy rằng, xác suất 
dừng hệ thống phụ thuộc mạnh vào giá trị . Khi giá 
trị lớn hơn 0.7, thì hệ thống hoàn toàn bị dừng, 
nghĩa là thời gian không đủ để truyền dữ liệu theo tốc 
độ mong muốn. Hình 3 chỉ ra rằng tồn tại một giá trị 
 tối ưu làm cho xác suất dừng hệ thống là nhỏ nhất. 
Kết quả phân tích trong Hình 3 cũng chỉ ra rằng giá trị 
 tối ưu là không phụ thuộc vào PBP và đều cho cùng 
một giá trị là 0.31. 
Hình 4 Xác ... ằm ngay giữa nguồn A và nguồn B tại tọa độ 
(0.8, 0). Tương tự như các mạng chuyển tiếp hai 
chiều truyền thống, nút nguồn nằm tại ngay giữa 
nguồn A và nguồn B cho xác suất dừng hệ thống thấp 
nhất, tiếp theo là trường hợp nút chuyển tiếp nằm gần 
nguồn B và cuối cùng là trường hợp nút chuyển tiếp 
nằm gần nguồn A. Các kết quả đạt được là hợp lý với 
kết quả phân tích và như mong đợi và dễ dàng lý giải 
bằng cách vận dụng hiệu ứng suy hao đường truyền. 
Hình 7 Xác suất dừng hệ thống theo : ảnh hưởng của 
vị trí R với PB PB( , ) (0.5,1)x y và PB 10P dB. 
Trong Hình 7, chúng ta lại có thể khẳng định một 
lần nữa là hệ thống sẽ bị dừng nên giá trị lớn và giá 
trị tối ưu của không phụ thuộc vào vị trí của nút 
 SỐ 01 & 02 (CS.01) 2018 TẠP CHÍ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG 33
PHÂN TÍCH XÁC SUẤT DỪNG HỆ THỐNG CHUYỂN TIẾP HAI CHIỀU  
chuyển tiếp trong cả ba trường hợp mà chúng ta khảo 
sát. Trong phạm vi bài báo này, chúng tôi chưa tìm 
dạng đóng của giá trị tối ưu, tuy nhiên các kết quả 
đạt được trong bài báo này sẽ là một trong những sở 
cứ quan trọng để chúng tôi tìm tòi và phân tích giá trị 
 tối ưu 
V. KẾT LUẬN 
Trong bài báo này, chúng tôi đề xuất mô hình 
chuyển tiếp hai chiều giải mã và chuyển tiếp với một 
nút cung cấp năng lượng. Chúng tôi đã phân tích xác 
suất dừng hệ thống ở kênh truyền fading Rayleigh và 
sử dụng mô phỏng Monte Carlo để kiểm chứng tính 
chính xác của phương pháp phân tích đề xuất. Các kết 
quả mô phỏng đã chỉ ra rằng giá trị tối ưu không 
phụ thuộc vào vị trí của PB và R và hiệu năng của hệ 
thống sẽ cải thiện tốt nhất nếu PB được đặt gần nút 
chuyển tiếp. 
LỜI CẢM ƠN 
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 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
[1] A. A. Nasir, Z. Xiangyun, S. Durrani, and R. 
A. Kennedy, "Relaying Protocols for 
Wireless Energy Harvesting and Information 
Processing," Wireless Communications, 
IEEE Transactions on, vol. 12, no. 7, pp. 
3622-3636, 2013. 
[2] N. Zlatanov, R. Schober, and Z. Hadzi-
Velkov, "Asymptotically Optimal Power 
Allocation for Energy Harvesting 
Communication Networks," IEEE 
Transactions on Vehicular Technology, vol. 
PP, no. 99, pp. 1-1, 2017. 
[3] V. D. Nguyen, T. Q. Duong, H. D. Tuan, O. 
S. Shin, and H. V. Poor, "Spectral and 
Energy Efficiencies in Full-Duplex Wireless 
Information and Power Transfer," IEEE 
Transactions on Communications, vol. PP, 
no. 99, pp. 1-1, 2017. 
[4] X. Huang, T. Han, and N. Ansari, "On Green 
Energy Powered Cognitive Radio 
Networks," Communications Surveys & 
Tutorials, IEEE, vol. PP, no. 99, pp. 1-1, 
2015. 
[5] M. Yuyi, L. Yaming, Z. Jun, and K. B. 
Letaief, "Energy harvesting small cell 
networks: feasibility, deployment, and 
operation," Communications Magazine, 
IEEE, vol. 53, no. 6, pp. 94-101, 2015. 
[6] S. A. Raza Zaidi, A. Afzal, M. Hafeez, M. 
Ghogho, D. C. McLernon, and A. Swami, 
"Solar energy empowered 5G cognitive 
metro-cellular networks," Communications 
Magazine, IEEE, vol. 53, no. 7, pp. 70-77, 
2015. 
[7] Y. Zou, J. Zhu, and R. Zhang, "Exploiting 
Network Cooperation in Green Wireless 
Communication," Communications, IEEE 
Transactions on, vol. PP, no. 99, pp. 1-12, 
2013. 
[8] Z. Ding et al., "Application of smart antenna 
technologies in simultaneous wireless 
information and power transfer," 
Communications Magazine, IEEE, vol. 53, 
no. 4, pp. 86-93, 2015. 
[9] 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. 
[10] 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. 
[11] L. Liu, R. Zhang, and K. C. Chua, "Wireless 
Information and Power Transfer: A Dynamic 
Power Splitting Approach," IEEE 
Transactions on Communications, vol. 61, 
no. 9, pp. 3990-4001, 2013. 
[12] X. Zhou, R. Zhang, and C. K. Ho, "Wireless 
Information and Power Transfer: 
Architecture Design and Rate-Energy 
Tradeoff," Communications, IEEE 
Transactions on, vol. 61, no. 11, pp. 4754-
4767, 2013. 
[13] 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. 
[14] N. Do, V. 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. 
[15] N. A. Tuan, V. N. Q. Bao, and L. Q. Cường, 
"A New Derivation Approach for 
Simultaneous Wireless Information and 
Power Transfer for MIMO Dual-Hop Relay 
Networks," Journal of Science and 
Technology on Information and 
Communications, no. 1, pp. 50-56%V 1, 
2017-09-19 2017. 
[16] V. N. Q. Bao and N. A. Tuấn, "Effect of 
imperfect CSI on wirelessly powered 
transfer incremental relaying networks," 
Journal of Science and Technology on 
Information and Communications, no. 3-4, 
pp. 48-57%V 1, 2017-04-11 2017. 
[17] 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 
 SỐ 01 & 02 (CS.01) 2018 TẠP CHÍ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG 34
Nguyễn Anh Tuấn, Trần Thiên Thanh, Võ Nguyễn Quốc Bảo 
Journal on Wireless Communications and 
Networking, journal article vol. 2016, no. 1, 
p. 285, December 15 2016. 
[18] Q. N. Le, V. N. Q. Bao, and B. An, "Full-
duplex distributed switch-and-stay energy 
harvesting selection relaying networks with 
imperfect CSI: Design and outage analysis," 
Journal of Communications and Networks, 
vol. 20, no. 1, pp. 29-46, 2018. 
[19] N. T. Do, D. B. da Costa, T. Q. Duong, V. N. 
Q. Bao, and B. An, "Exploiting Direct Links 
in Multiuser Multirelay SWIPT Cooperative 
Networks With Opportunistic Scheduling," 
IEEE Transactions on Wireless 
Communications, vol. 16, no. 8, pp. 5410-
5427, 2017. 
[20] N. T. Van, T. N. Do, V. N. Q. Bao, and B. 
An, "Performance Analysis of Wireless 
Energy Harvesting Multihop Cluster-Based 
Networks Over Nakagami- ${m}$ Fading 
Channels," IEEE Access, vol. 6, pp. 3068-
3084, 2018. 
[21] N. P. Le, "Throughput Analysis of Power-
Beacon-Assisted Energy Harvesting 
Wireless Systems Over Non-Identical 
Nakagami- <tex-math 
notation="LaTeX">${m}$ </tex-
math> Fading Channels," 
IEEE Communications Letters, vol. 22, no. 
4, pp. 840-843, 2018. 
[22] C. R. Valenta and G. D. Durgin, "Harvesting 
Wireless Power: Survey of Energy-Harvester 
Conversion Efficiency in Far-Field, Wireless 
Power Transfer Systems," Microwave 
Magazine, IEEE, vol. 15, no. 4, pp. 108-120, 
2014. 
[23] A. Costanzo and D. Masotti, "Smart 
Solutions in Smart Spaces: Getting the Most 
from Far-Field Wireless Power Transfer," 
IEEE Microwave Magazine, vol. 17, no. 5, 
pp. 30-45, 2016. 
[24] Y. Liu, Z. Ding, M. Elkashlan, and H. V. 
Poor, "Cooperative non-orthogonal multiple 
access with simultaneous wireless 
information and power transfer," IEEE 
Journal on Selected Areas in 
Communications, vol. 34, no. 4, pp. 938-953, 
2016. 
[25] B. Rankov and A. Wittneben, "Achievable 
rate regions for the two-way relay channel," 
in Information Theory, 2006 IEEE 
International Symposium on, 2006, pp. 1668-
1672: IEEE. 
[26] P. Popovski and H. Yomo, "Physical 
Network Coding in Two-Way Wireless 
Relay Channels," in Communications, 2007. 
ICC '07. IEEE International Conference on, 
2007, pp. 707-712. 
[27] H. V. Toan and V. N. Q. Bao, "Opportunistic 
relaying for cognitive two-way network with 
multiple primary receivers over Nakagami-m 
fading," in 2016 International Conference on 
Advanced Technologies for Communications 
(ATC), 2016, pp. 141-146. 
[28] H. V. Toan, V. N. Q. Bao, and K. N. Le, 
"Performance analysis of cognitive underlay 
two-way relay networks with interference 
and imperfect channel state information," 
EURASIP Journal on Wireless 
Communications and Networking, journal 
article vol. 2018, no. 1, p. 53, March 06 
2018. 
[29] T. H. Van, B. Vo-Nguyen, and N.-L. Hung, 
"Cognitive Two-Way Relay Systems with 
Multiple Primary Receivers: Exact and 
Asymptotic Outage Formulation," (in En), 
IET Communications, 2017. 
[30] F. Jameel, S. Wyne, and Z. Ding, "Secure 
Communications in Three-step Two-way 
Energy Harvesting DF Relaying," IEEE 
Communications Letters, vol. PP, no. 99, pp. 
1-1, 2017. 
[31] Z. Zhang, Z. Ma, Z. Ding, M. Xiao, and G. 
Karagiannidis, "Full-Duplex Two-Way and 
One-Way Relaying: Average Rate, Outage 
Probability and Tradeoffs," IEEE 
Transactions on Wireless Communications, 
vol. PP, no. 99, pp. 1-1, 2016. 
[32] Y. Gu, H. Chen, Y. Li, L. Song, and B. 
Vucetic, "Short-Packet Two-Way Amplify-
and-Forward Relaying," IEEE Signal 
Processing Letters, vol. 25, no. 2, pp. 263-
267, 2018. 
[33] J. Zhang, Q. Li, K. J. Kim, Y. Wang, X. Ge, 
and J. Zhang, "On the Performance of Full-
Duplex Two-Way Relay Channels With 
Spatial Modulation," IEEE Transactions on 
Communications, vol. 64, no. 12, pp. 4966-
4982, 2016. 
[34] D. K. Nguyen, M. Matthaiou, T. Q. Duong, 
and H. Ochi, "RF energy harvesting two-way 
cognitive DF relaying with transceiver 
impairments," in IEEE International 
Conference on Communication Workshop 
(ICCW), 2015, no. Jun. , pp. 1970-1975. 
[35] K. Tutuncuoglu, B. Varan, and A. Yener, 
"Throughput Maximization for Two-Way 
Relay Channels With Energy Harvesting 
Nodes: The Impact of Relaying Strategies," 
Communications, IEEE Transactions on, 
vol. 63, no. 6, pp. 2081-2093, 2015. 
[36] W. Li, M. L. Ku, Y. Chen, K. J. R. Liu, and 
S. Zhu, "Performance Analysis for Two-Way 
Network-Coded Dual-Relay Networks with 
Stochastic Energy Harvesting," IEEE 
Transactions on Wireless Communications, 
vol. PP, no. 99, pp. 1-1, 2017. 
[37] N. T. P. Van, S. F. Hasan, X. Gui, S. 
Mukhopadhyay, and H. Tran, "Three-Step 
Two-Way Decode and Forward Relay With 
Energy Harvesting," IEEE Communications 
Letters, vol. 21, no. 4, pp. 857-860, 2017. 
[38] R. Boris and W. Armin, "Spectral efficient 
protocols for half-duplex fading relay 
 SỐ 01 & 02 (CS.01) 2018 TẠP CHÍ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG 35
PHÂN TÍCH XÁC SUẤT DỪNG HỆ THỐNG CHUYỂN TIẾP HAI CHIỀU  
channels," Selected Areas in 
Communications, IEEE Journal on, vol. 25, 
no. 2, pp. 379-389, 2007. 
[39] S. Atapattu, J. Yindi, J. Hai, and C. 
Tellambura, "Relay Selection Schemes and 
Performance Analysis Approximations for 
Two-Way Networks," Communications, 
IEEE Transactions on, vol. 61, no. 3, pp. 
987-998, 2013. 
[40] K. Hwang, M. Ju, and M. Alouini, "Outage 
Performance of Opportunistic Two-Way 
Amplify-and-Forward Relaying with 
Outdated Channel State Information," 
Communications, IEEE Transactions on, 
vol. PP, no. 99, pp. 1-10, 2013. 
[41] I. Krikidis, Z. Gan, and B. Ottersten, 
"Harvest-use cooperative networks with 
half/full-duplex relaying," in Wireless 
Communications and Networking 
Conference (WCNC), 2013 IEEE, 2013, pp. 
4256-4260. 
[42] T. T. Thanh and V. N. Quoc Bao, 
"Wirelessly Energy Harvesting DF Dual-hop 
Relaying Networks: Optimal Time Splitting 
Ratio and Performance Analysis," Journal of 
Science and Technology: Issue on 
Information and Communications 
Technology, no. 2, pp. 16-20%V 3, 2017-12-
31 2017. 
[43] B. Vo Nguyen Quoc 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. 
[44] I. S. Gradshteyn, I. M. Ryzhik, A. Jeffrey, 
and D. Zwillinger, Table of integrals, series 
and products, 7th ed. Amsterdam ; Boston: 
Elsevier, 2007, pp. xlv, 1171 p. 
[45] M. Abramowitz, I. A. Stegun, and Knovel 
(Firm). (1972). Handbook of mathematical 
functions with formulas, graphs, and 
mathematical tables (10th printing, with 
corrections. ed.). Available: 
ence/AMS55.ASP?Res=200&Page=-1 
EXACT CLOSED-FORM EXPRESSION 
OUTAGE PROBABILITY OF DECODE-AND-
FORWARD TWO-WAY RELAYING SYSTEM 
WITH POWER-BEACON-ASSISTED ENERGY 
HARVESTING 
Abstract: This paper investigates two-way decode-
and-forward relay networks with power beacon 
assisted energy harvesting. All nodes are assumed to 
have limited power supply and harevest energy from 
RF signals to support operation. We propose a new 
derivation approach to obtain the exact close form of 
system outage probability over Rayleigh fading 
channels. Monte Carlo simulations are used to verify 
the corerectness of the analysis results and pointing 
out that the positions of power beacon and relay have 
significant effecton on the system performance. 
Keywords- relaying, two-way relaying, fading 
Rayleigh, energy harvesting, power beacon. 
 Nguyễn Anh Tuấn nhận 
bằng kỹ sư và bằng thạc sĩ tại 
Trường Đại Học Bách Khoa 
Hà Nội năm 2002 và năm 
2006. 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. 
Trần Thiên Thanh hiện đang là 
giảng viên thuộc Khoa Công 
nghệ Thông tin, trường Đại học 
Giao thông Vận tải HCM, nhận 
bằng Tiến sĩ vào năm 2016 tại 
Trường Đại học Bách Khoa 
HCM. Hướng nghiên cứu tập 
trung vào các kỹ thuật tiên tiến 
cho mạng 5G bao gồm NOMA, thu thập năng lượng 
vô tuyến, bảo mật lớp vật lý. 
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), và 
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. 
 SỐ 01 & 02 (CS.01) 2018 TẠP CHÍ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG 36