BỘ CÂN BẰNG DÙNG GIẢI THUẬT LMS

BỘ CÂN BẰNG DÙNG GIẢI THUẬT LMS

BỘ CÂN BẰNG THÍCH NGHI DÙNG GIẢI THUẬT LMS (LEAST MEAN SQUARE)

MÔN HỌC: TRUYỀN THÔNG KHÔNG DÂY

NHIỄU ISI TRONG KÊNH TRUYỀN ĐA ĐƯỜNG

BỘ CÂN BẰNG THÍCH NGHI DÙNG GIẢI THUẬT LMS

MÔ PHỎNG BỘ CÂN BẰNG THÍCH NGHI LMS BẰNG MATLAB

NỘI DUNG

Kênh truyền không dây và nhiễu isi trong kênh

truyền không dây

Sv Trần Mạnh Hùng

CHUỖI BIT THÔNG TIN GỬI ĐI ĐIỀU CHẾ DẢI QUA ANTENNA

CHUỖI BIT THÔNG TIN NHẬN

MÔ HÌNH TRUYỀN THÔNG KHÔNG DÂY ĐƠN GIẢN

KÊNH TRUYỀN ĐA ĐƯỜNG

Miền Analog

HIỆU ỨNG ĐA ĐƯỜNG

 Tín hiệu tại máy thu là tổng hợp các thành phần tín hiệu đến từ L đường (bỏ qua sự ảnh

hưởng của nhiễu):

= :Hệ số suy hao dạng phức (suy hao biên độ và xoay pha)

:thời gian trễ của đường thứ i

HỆ QUẢ HIỆU ỨNG ĐA ĐƯỜNG

 Rời rạc hoá miền thời gian:

 KÊNH TRUYỀN ĐƯỢC MÔ PHỎNG NHƯ BỘ LỌC

 Tại thời gian t, đáp ứng tần số của kênh truyền là:

 Đáp ứng tần số của kênh truyền là không đổi nếu hệ thống thu phát đều đứng yên



HỆ QUẢ HIỆU ỨNG ĐA ĐƯỜNG

 Kênh truyền có một khoảng tần số mà đáp ứng tần số của kênh truyền được xem là bằng phẳng

 Nếu , , kênh truyền chọn lọc tần số, hay gọi là kênh băng rộng, gây nhiễu ISI

 Nếu , , kênh phẳng hay kênh băng hẹp, không gây ISI



NHIỄU ISI TRONG KÊNH BĂNG RỘNG

 TÍN HIỆU BỊ TRẢI RA VỀ MẶT THỜI GIAN VÀ SUY GIẢM VỀ MẶT BIÊN ĐỘ

NHIỄU ISI TRONG KÊNH BĂNG RỘNG

Mỗi xung tương ứng bị dàn trải và ảnh hưởng tới các xung bên cạnh

 Nếu , kênh truyền thay đổi theo thời gian nhanh, fast fading

 Nếu , kênh truyền không hoặc ít thay đổi theo thời gian, slow fading

Vận tốc càng nhanh, càng nhỏ, kênh truyền càng thay đổi nhanh theo thời gian



ĐÁP ỨNG CỦA KÊNH TRUYỀN VÔ TUYẾN

CHỖI BIT THÔNG TIN GỬI ĐI ĐIỀU CHẾ DẢI QUA ANTENNA

CHUỖI BIT THÔNG TIN

Ý TƯỞNG BỘ CÂN BẰNG THÍCH NGHI

 Tuy nhiên, đáp ứng kênh truyền thay đổi theo thời gian

 Bộ cân bằng là bộ lọc có đáp ứng là nghịch đảo của kênh truyền và cần có khả năng thay đổi theo kênh truyền  Bộ cân bằng thích nghi



Tìm hiểu bộ cân bằng thích nghi dùng thuật toán lms

Sv Vũ Thanh Tùng

CẤU TRÚC BỘ CÂN BẰNG THÍCH NGHI

Tín hiệu ngõ ra:

Nhờ thuật toán thích nghi, hệ số của bộ lọc thay đổi dựa trên sai biệt của tín hiệu qua bộ cân bằng và tín hiệu huấn luyện



THUẬT TOÁN LEAST MEAN SQUARE (LMS)

 Bước 1: Tính toán ngõ ra bộ lọc:

 Bước 2: Tính toán lỗi:

 Bước 3: Cập nhật các hệ số lọc của bộ cân bằng sao cho kì vọng thống kê bình

phương sai số: đạt giá trị cực tiểu – hay sai biệt giữa tín hiệu nhận được và huấn

luyện là nhỏ nhất.

◦ E min Bộ cân bằng có bộ hệ số tối ưu là

◦ Sử dụng phương pháp GIẢM BƯỚC NHANH NHẤT (Steepest Decent) hội tụ các hệ số



 Đặt: là vector tương quan chéo của x(n) và d(n)

 Và là vector tương quan của x(n)



BỘ HỆ SỐ TỐI ƯU CỦA BỘ CÂN BẰNG

 Để kì vọng sai số bình phương trung bình nhỏ nhất thì tất cả đạo hàm của đối với mỗi hệ số bằng 0, tức là:

hay (2)

 Khai triển (2), cuối cùng ta nhận được:

= bộ hệ số tối ưu của bộ cân bằng

 Khi đó:

sai số cực tiểu mà bộ cân bằng có thể đạt được khi các hệ số của nó tiến tới



PHƯƠNG PHÁP GIẢM BƯỚC NHANH

 Dùng để tìm giá trị hội tụ một hàm, bằng cách hội tụ các biến qua gradient của hàm đó:

2 1 2

VÍ DỤ PHƯƠNG PHÁP GIẢM BƯỚC NHANH

dy dc

dy y

][2

1]

[2

1]

[2

1]

[2

1]

1[2

1

9 0 1

0 1

0

* 5

0

n n

n n

C C

C C

C y

C

C C

405 0

3 6

5 4 7 5

2 1 2 1 2 1

C C C C C C

013 0

01 0

] [ 2 1 2

1

n

n

C C C

C

PHƯƠNG PHÁP GIẢM BƯỚC NHANH

 Như đã thấy ở ví dụ, vector đã hội tụ tại giá trị làm cho hàm y đạt cực tiểu.

 Tốc độ hội tụ phụ thuộc vào

 Để thoả mãn điều kiện hội tụ:

TỐC ĐỘ HỘI TỤ VÀ ĐỘ ỔN ĐỊNH CỦA BỘ CÂN BẰNG DÙNG THUẬT TOÁN

LMS

 Cỡ bước quyết định tốc độ và độ ổn định của thuật toán LMS được sử dụng:

◦ Nếu quá nhỏ thì phải thực hiện rất nhiều hàm lặp, tốn thời gian

◦ Nếu lớn thì ít lặp hơn, nhanh hơn.

◦ Nếu quá lớn thì không thoả mãn điều kiện hội tụ (độ ổn định)

◦ nằm trong khoảng:

là giá trị riêng lớn nhất của các giá trị riêng trong vector chéo:

Q

 Thông thường để đạt được độ ổn định và tốc độ hội tụ nhanh, người ta lấy:

◦ Với N là độ dài của bộ cân bằng

◦ là công suất nhận được (cả tín hiệu lẫn nhiễu) ở đầu thu



Mô phỏng bộ cân bằng thích nghi sử dụng

thuật toán lms

Sv Lê Đình Thương

MÔ PHỎNG BỘ CÂN BẰNG THÍCH NGHI DÙNG THUẬT TOÁN LMS

Kiểm chứng bộ cân bằng:

 Ít lỗi hơn rất nhiều so với không dùng bộ cân bằng

 Các hệ số lọc thay đổi thích nghi với kênh truyền

 Tốc độ hội tụ và sự ổn định phụ thuộc vào cỡ bước

MÔ PHỎNG KIỂM CHỨNG BỘ CÂN BẰNG BẰNG MATLAB (0)

MÔ PHỎNG KIỂM CHỨNG BỘ CÂN BẰNG BẰNG MATLAB (1)

 Thông số bộ cân bằng:

◦ N=11

 Tín hiệu delay 6 được sử dụng làm chuỗi bit huấn luyện

 Chạy mô phỏng trong 30 giây

 Nhận xét:

◦ Tín hiệu qua kênh truyền bị nhiễu ISI

◦ Bộ cân bằng đã triệt nhiễu ISI Tín hiệu sau khi qua bộ quyết định được so sánh với tín hiệu huấn luyện 

Lỗi giảm dần theo thời gian và đạt giá trị chấp nhận được (<0.001)

◦ Tín hiệu không qua bộ cân bằng có số lỗi lớn

◦ Các hệ số của bộ cân bằng biến đổi thích nghi với kênh truyền



MÔ PHỎNG KIỂM CHỨNG BỘ CÂN BẰNG BẰNG MATLAB (2)

 Thay đổi các giá trị của :

 Nhận xét:

◦  Bộ cân bằng thích nghi rất chậm

◦  Bộ cân bằng nhanh hơn

◦  Bộ cân bằng hội tụ nhanh

◦  Bộ cân bằng không còn ổn định, gây lỗi lớn



MÔ PHỎNG KIỂM CHỨNG BỘ CÂN BẰNG BẰNG MATLAB (3)

THAM KHẢO

[1] - Lọc thích nghi với thuật toán LMS và ứng dụng cân bằng kênh – Đồ án tốt nghiệp Bùi Nguyên

Vũ – 2006

[2] - Introduction to Equalization – Guy Worf, Roy Ron, Guy Shwarts – 14 May 2004

[3] - Ước lượng và cân bằng thích nghi cho kênh truyền trong hệ thống OFDM – Đồ án tốt nghiệp

2007

[4] - Wireless Communications Principles and Practice 1st - Prentice Hall

THANK YOU FOR LISTENING

Q&A

Click icon to add picture