đồ án :Mô hình hóa và mô phỏng hệ thống CDMA trên cơ sở mô hình Markov

97 945 1
đồ án :Mô hình hóa và mô phỏng hệ thống CDMA trên cơ sở mô hình Markov

Đang tải... (xem toàn văn)

Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống

Thông tin tài liệu

đồ án :Mô hình hóa và mô phỏng hệ thống CDMA trên cơ sở mô hình MarkovChương I: Mô hình hóa và mô phỏng kênh dạng sóng.Chương này tập trung vào việc mô hình hóa và mô phỏng kênh dạng sóng nhằm lột tả hoạt động và ảnh hưởng của nó ở dạng các tham số đặc trưng. Các tham số này sẽ làm đầu vào cho các giải thuật thích ứng, làm cơ sở để thiết kế các hệ thống thông minh cho nghiên cứu của đồ án.Chương II: Mô hình hóa và mô phỏng kênh rời rạc.Trọng tâm của chương là xử lý triển khai các mô hình kênh rời rạc trên cơ sở dữ liệu đo đạc hoặc dữ liệu từ mô Mô hình hóa và mô phỏng hệ thống CDMA trên cơ sở mô hình Markov phỏng mức dạng sóng. Công cụ cơ bản được dùng để ước tính tham số là thuật toán Baum–Welch. Chương III: Mô hình hóa và mô phỏng hệ thống CDMA trên cơ sở mô hình MarkovTriển khai mô hình Markov vào mục đích mô phỏng hệ thống CDMA điển hình nhằm thấy rõ quá trình mô phỏng hệ thống CDMA và hiệu quả của việc ứng dụng mô hình Markov trong mô phỏng.Được sự quan tâm giúp đỡ chỉ bảo tận tình trong nghiên cứu và cung cấp tài liệu của thày giáo KS. Nguyễn Viết Đảm và ý kiến đóng góp của các thày cô giáo trong bộ môn Vô tuyến cùng với sự cố gắng, nỗ lực của bản thân đồ án được hoàn thành với nội dung được giao ở mức độ và phạm vi nhất định. Tuy nhiên, do trình độ và thời gian có hạn, đồ án chắc chắn không tránh khỏi những sai sót, kính mong các thày cô giáo và bạn chỉ bảo, đóng góp ý kiến chỉnh sửa và định hướng nội dung cho hướng phát triển tiếp theo.Em xin chân thành cảm ơn thày giáo KS. Nguyễn Viết Đảm đã tận tình giúp đỡ trong thời gian học tập, công tác và làm đồ án tốt nghiệp.

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP LỜI NÓI ĐẦU thể khẳng định rằng, xu thế nhu cầu tất yếu của xã hội loài người hiện tại & tương lai là thông tin, trao đổi thông tin, là lĩnh vực tiên phong, điều kiện tiên quyết, điều kiện cần cũng là hội để mỗi quốc gia, mỗi dân tộc thu hẹp khoảng cách phát triển, tránh nguy lạc hậu, tăng năng lực cạnh tranh… Hẹp hơn đối với các doanh nghiệp, cách ngành công nghiệp, các nhà đầu tư hội nâng cao năng lực cạnh tranh, hội tìm kiếm đầu tư mở rộng sản xuất kinh doanh hay nói cách khác xu thế nhu cầu tất yếu của xã hội loài người hiện tại & tương lai là thông tin, trao đổi tin… Sự khẳng định này đang được minh chứng một cách nhanh chóng thông qua các chương trình như chính phủ điện tử, thương mại điện tử v.v… Bởi lẽ tính hiệu quả của nó đã đang được khẳng định trong mọi lĩnh vực kinh doanh & đời sống xã hội. Trong xã hội thông tin đó, nổi bật nhất là thông tin vô tuyến mà đặc biệt là thông tin di động do tính linh hoạt, mềm dẻo, di động, tiện lợi… của nó. Đặc điểm của truyền dẫn vô tuyến là tài nguyên hạn chế, chất lượng phụ thuộc nhiều vào môi trường (địa hình, thời tiết…), do vậy sự chuyển giao giữa các trạng thái tốt – xấu… trong kênh truyền là hoàn toàn ngẫu nhiên, không thể biết trước được. Trong những trường hợp như thế, Markov tỏ ra là một trong những công cụ toán học hữu hiệu được đưa ra để xây dựng các hình phục vụ bài toán nghiên cứu, khảo sát. Mặc dù mới được nghiên cứu giới thiệu vào nửa cuối thập kỉ 60 đầu thập kỉ 70 của thế kỉ trước nhưng phương pháp sử dụng chuỗi Markov vào việc hình hóa kênh vô tuyến đã nhanh chóng trở nên phổ biến vào mấy năm trở lại đây. Sở dĩ như vậy vì hai lí do chính sau đây. Thứ nhất, Markov công cụ toán học rất mạnh, vì thế thể hình thành sở lí thuyết để sử dụng trong một dải rộng các ứng dụng. Thứ hai, hình Markov, khi đã được ứng dụng hoàn toàn, tỏ ra rất hiệu quả, đặc biệt trong một số ứng dụng quan trọng. Kĩ thuật phỏng Markov được ứng dụng để phỏng, phân tích kênh truyền thông tin rời rạc, đánh giá dung lượng kênh rời rạc, thiết kế bộ mã hóa điều khiển lỗi tối ưu, đưa ra các kĩ thuật tính toán hiệu quả để ước tính các tham số của hệ thống… Từ quan điểm thiết kế phân tích hiệu năng hệ thống, nếu dung hòa giữa tính phức tạp của hệ thống truyền thông với khả năng xử lý, giá thành của máy tính, thì bài toán thiết kế dựa vào phỏng là các công cụ khả thực xuyên suốt công nghiệp truyền thông ngày càng phổ biến hơn. Thông qua việc dùng phỏng, cho phép nghiên cứu các đặc trưng hoạt động của hệ thống phức tạp hơn, thực tế hơn so với những hệ thống không dựa trên phỏng bởi lẽ ở các hệ thống không dựa vào phỏng tính phức tạp bị hạn chế để đảm bảo việc phân tích thể kiểm soát được. Trần Sơn Tùng-D04VT1 1 Học viện công nghệ BCVT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Nhận thức rõ được tầm quan trọng của việc thiết kế phân tích hiệu năng hệ thống dựa vào phỏng trên sở hình markov, đặc biệt dưới sự định hướng của thầy giáo KS. Nguyễn Viết Đảm, em đã chọn đề tài nghiên cứu : “Mô hình hóa phỏng hệ thống CDMA trên sở hình Markov” làm nội dung cho đồ án tốt nghiệp của mình. Đồ án được chia làm 3 chương :  Chương I: hình hóa phỏng kênh dạng sóng. Chương này tập trung vào việc hình hóa phỏng kênh dạng sóng nhằm lột tả hoạt động ảnh hưởng của nó ở dạng các tham số đặc trưng. Các tham số này sẽ làm đầu vào cho các giải thuật thích ứng, làm sở để thiết kế các hệ thống thông minh cho nghiên cứu của đồ án.  Chương II: Mô hình hóa phỏng kênh rời rạc. Trọng tâm của chương là xử lý triển khai các hình kênh rời rạc trên sở dữ liệu đo đạc hoặc dữ liệu từ phỏng mức dạng sóng. Công cụ bản được dùng để ước tính tham số là thuật toán Baum–Welch.  Chương III: Mô hình hóa phỏng hệ thống CDMA trên sở hình Markov Triển khai hình Markov vào mục đích phỏng hệ thống CDMA điển hình nhằm thấy rõ quá trình phỏng hệ thống CDMA hiệu quả của việc ứng dụng hình Markov trong phỏng. Được sự quan tâm giúp đỡ chỉ bảo tận tình trong nghiên cứu cung cấp tài liệu của thày giáo KS. Nguyễn Viết Đảm ý kiến đóng góp của các thày giáo trong bộ môn Vô tuyến cùng với sự cố gắng, nỗ lực của bản thân đồ án được hoàn thành với nội dung được giao ở mức độ phạm vi nhất định. Tuy nhiên, do trình độ thời gian hạn, đồ án chắc chắn không tránh khỏi những sai sót, kính mong các thày giáo bạn chỉ bảo, đóng góp ý kiến chỉnh sửa định hướng nội dung cho hướng phát triển tiếp theo. Em xin chân thành cảm ơn thày giáo KS. Nguyễn Viết Đảm đã tận tình giúp đỡ trong thời gian học tập, công tác làm đồ án tốt nghiệp. Hà nội, ngày…tháng…năm 2008 Sinh viên thực hiện SV. Trần Sơn Tùng Trần Sơn Tùng-D04VT1 2 Học viện công nghệ BCVT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THUẬT NGỮ VIẾT TẮT 3G Third Generation Mobile Communications System Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba 4G Fourth Generation Mobile Communication System Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ tư AQAM Adaptive QAM Điều chế QAM thích ứng AWGN Additive White Gaussian Noise Tạp âm Gausơ trắng cộng BER Bit Error Rate Tỉ Lệ lỗi bit BLER Block Error Rate Tỷ số lỗi khối BP Bandpass Thông giải hay dải thông BPSK Binary Phase Shift Keying Modulation Điều chế khóa dịch pha nhị phân BS Base Station Trạm gốc BSC Binary Symmetric Channel Kênh nhị phân đối xứng CDF Cumulative Distribution Function Hàm phân bố tích lũy CDMA Code Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo mã CIR Carrier Interference Ratio Tỷ số sóng mang trên nhiễu CNR Carrier to Noise Ratio Tỷ số sóng mang trên tạp âm CRC Cyclic Redundancy Code Mã dư vòng CSI Channel State Information Thông tin trạng thái kênh CSMP Continuous System Modeling Program Chương trình hình hóa hệ thống liên tục FM Frequency Modulation Điều tần FSK Frequency Shift Keying Điều chế khoá dịch tần GSM Global System for Mobile Telecommunications Hệ thống thông tin di động toàn cầu HMM Hidden Markov Model hình Markov ẩn HPA High-Power Amplifier Bộ khuếch đại công suất cao ICI Inter Carrier Interference Nhiễu giữa các sóng mang IFFT Inverse Fast Fourier Transform Biến đổi Fourier nhanh đảo IIR Infinite-Duration Impulse Response Đáp ứng xung vô hạn IMUX Input Multiplex Ghép kênh đầu vào LOS Line of Sight Đường truyền thẳng LP Lowpass Thông thấp LTIV Linear Time-Invariant Hệ thống tuyến tính bất biến Trần Sơn Tùng-D04VT1 3 Học viện công nghệ BCVT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP LTV Linear Time-Varying Tuyến tính thay đổi theo thời gian MA Multiple Access Đa truy nhập MS Mobile Station Trạm di động (máy di động) NRP Normalized Received Power Công suất thu chuẩn hóa NRZ Non-Return-to Zero Không trở về không OBO Output BackOff Độ lùi đầu ra OFDMA Orthogonal Frequency Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo tần số trực giao PSD Power Spectral Density Mật độ phổ công suất PSK Phase-Shift-Keying Khóa dịch pha QAM Quadrature Amplitude Modulation Điều chế biên độ cầu phương QPSK Quadrature Phase Shift Keying Modulation Khóa dịch pha cầu phương RF Radio Frequency Tần số vô tuyến RF Carrier Sóng mang vô tuyến SINR Signal to Interference plus Noise Ratio Tỷ số tín hiệu trên nhiễu cộng tạp âm SIR Signal to Interference Ratio Tỷ số tín hiệu trên nhiễu SNR Signal to Noise Ratio Tỷ số tín hiêu trên tạp âm SS Spread Spectrum Trải phổ TDD Time Division Duplex Song công phân chia theo thời gian TDL Tap Delay Line Đường trễ rẽ nhánh TDMA Time Division Multiple Access Đa thâm nhập phân chia theo thời gian US Uncorrelated Scatering Tán xạ không tương quan VCO Voltage Controlled Oscillator Bộ dao động được điều khiển bằng điện áp WSS Wide Sense Stationary Quá trình dừng nghĩa rộng CHƯƠNG I :MÔ HÌNH HÓA PHỎNG KÊNH DẠNG SÓNG 1.1 Mở đầu Từ quan điểm thiết kế phân tích hiệu năng hệ thống, nếu dung hòa giữa tính phức tạp của hệ thống truyền thông với khả năng xử lý, giá thành của máy tính, thì bài toán thiết kế dựa vào Trần Sơn Tùng-D04VT1 4 Học viện công nghệ BCVT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP phỏng là các công cụ khả thực xuyên suốt công nghiệp truyền thông ngày càng phổ biến hơn. Thông qua việc dùng phỏng, cho phép nghiên cứu các đặc trưng hoạt động của hệ thống phức tạp hơn, thực tế hơn so với những hệ thống không dựa trên phỏng bởi lẽ ở các hệ thống không dựa vào phỏng tính phức tạp bị hạn chế để đảm bảo việc phân tích thể kiểm soát được. phỏng cho phép thay đổi một cách dễ dàng các thông số hệ thống nhanh chóng đánh giá được các ảnh hưởng của việc thay đổi đó ở dạng hiển thị trực quan tương tác của các kết quả phỏng. Ngoài ra, hiểu các kỹ thuật phỏng sẽ hỗ trợ cho chương trình nghiên cứu của bạn đọc đang làm việc trong lĩnh vực truyền thông. Vì mục đích trình bầy phương pháp luận phỏng, thực thi phỏng trong thiết kế một cách căn bản dễ hiểu nhất cũng như giới hạn khôn khổ cuốn sách nên các hệ thống được xét để làm ví dụ minh họa mới chỉ dừng ở mức đơn giản ở dạng riêng biệt đơn giản trong nhiều giả định lý tưởng. Tất cả đều thuộc loại không thích ứng, vì vậy từ góc độ sử dụng tài nguyên là không hiệu quả. Như một minh họa đơn giản nhất: do tính cách thay đổi ngẫu nhiên theo thời gian của môi trường truyền làm tín hiệu thu bị thăng giáng ngẫu nhiên, vì thế trong thiết kế để đảm bảo chất lượng BER ta thường phải đưa thêm độ dự trữ phađinh hoặc dùng đồ điều chế BPSK (hiệu năng thông lượng thấp) v.v cho trường hợp kịch bản kênh tồi, nhưng tồn tại rất nhiều thời điểm kịch bản kênh tốt, khi này thể dùng các đồ điều chế 4-QAM, 16-QAM, nhưng vẫn đảm bảo được chất lượng BER vì vậy đã không khai thác triệt để tài nguyên dung lượng hệ thống. Cụ thể, trong chương này, đồ án tập trung vào việc mô hình hóa phỏng kênh dạng sóng nhằm lột tả hoạt động ảnh hưởng của nó ở dạng các tham số đặc trưng. Các tham số này sẽ làm đầu vào cho các giải thuật thích ứng, làm sở để thiết kế các hệ thống thông minh cho các nghiên cứu của đồ án. Các hệ thống thông tin hiện đại hoạt động trên phạm vi rộng các loại kênh truyền thông như: cáp xoắn đôi, cáp đồng trục, cáp sợi quang kênh vô tuyến. Tất cả các kênh thực tế đều gây méo. Điều chế, mã hoá kiểm soát lỗi các chức năng xử lý tín hiệu khác như cân bằng được dùng để giảm nhẹ suy thoái do kênh nhằm được một hệ thống đáp ứng các yêu cầu thông lượng chất lượng dịch vụ trong khuôn khổ của công suất, băng thông, độ phức tạp chi phí. Nếu như kênh tương đối tốt hoặc các đặc tính tốt thì việc thiết kế của hệ thống là tương đối dễ ràng. Điều gì gây khó khăn việc thiết kế, các kênh truyền thông như kênh vô tuyến di động, gây ra nhiều mức độ nhiễu, méo tạp âm. Kênh vô tuyến di động cũng là kênh thay đổi theo thời gian chịu ảnh hưởng của phađinh. Ngoài ra, một số kênh thay đổi đến mức khó đặc trưng hóa chúng được. Hơn nữa, các hệ thống thông tin vô tuyến thế hệ sau phải được thiết kế để hoạt động trên các các kênh vô tuyến toàn cầu với tính đa dạng của môi trường từ khu vực thành phố đên các địa hình đồi núi, trong các điều kiện thời tiết khác nhau. Giải pháp xây dựng các nguyên mẫu Trần Sơn Tùng-D04VT1 5 Học viện công nghệ BCVT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP cho hệ thống đã được đề xuất trường kiểm tra nguyên mẫu tại nhiều vùng trên toàn cầu, nhưng rất tốn kém sẽ không khả thi ở các giai đoạn đầu của quá trình thiết kế hệ thống. Giải pháp tính khả thi cao là tạo ra các hình thích hợp cho kênh dựa vào thiết kế khởi đầu trên các hình này. Nếu thể, cho trước các hình kênh truyền thông hình thống kê hoặc tất định, thì ít nhất ở các giai đoạn đầu của quá trình thiết kế hệ thống sử dụng các giải pháp phân tích để ước lượng hiệu năng. Ví dụ, nếu coi "phađinh" trong kênh hàm mật độ xác suất biên độ phân bố Rayleigh tạp âm là Gausơ cộng, thì xác suất lỗi đối với hệ thống truyền thông nhị phân làm việc trên kênh này được biểu diễn là 1 2 e b P γ = (1.1) trong đó b γ là giá trị "trung bình" của SNR tại đầu vào máy thu. Biểu thức này được dùng để xác định nhiều tham số như công suất máy phát để đảm bảo xác suất lỗi cho trước. Tuy nhiên, khi xây dựng hệ thống thực tế, những hạn chế về tính khả thi phải được xét đến như bộ lọc không lý tưởng, bộ khuếch đại phi tuyến. Các ảnh hưởng này rất khó để đặc trưng hóa chúng theo cách phân tích hầu hết phải dùng đến phỏng hoặc kết hợp phỏng với phân tích giải tích. Vì vậy, lập hình phỏng đóng vai trò trung tâm trong thiết kế các hệ thống truyền thông. Hai chủ đề bao trùm trong chương này là: phương pháp luận giải pháp phỏng cho các kênh truyền thông vô tuyến. Tài liệu về đo đạc di động các kênh vô tuyến khác rất phong phú thay đổi. Với mục đích phỏng, đồ án thường dựa vào các hình thống kê được rút ra từ đo đạc. Một số ví dụ về các hình được dùng để thiết kế ước lượng hiệu năng các hệ thống truyền thông di động thế hệ thứ 2 3 được trình bày trong chương này. 1.1.1 Các hình kênh truyền thông Trong khi “kênh” truyền thông biểu diễn môi trường vật lý giữa máy phát mày thu, thì "mô hình kênh" trình bày quan hệ vào/ra của kênh ở dạng toán học hoặc thuật toán. hình này thể được rút ra từ đo đạc hoặc dựa trên lý thuyết truyền lan vật lý. Các hình dựa trên đo đạc dẫn đến việc đặc trưng hóa theo kinh nghiệm cho kênh trong miền tần số hoặc thời gian, bao hàm các tả thống kê dưới dạng các biến ngẫu nhiên hoặc quá trình ngẫu nhiên. Các tham số của các phân bố bản các mật độ phổ công suất thường được ước tính từ số liệu đo. Trong khi các hình dựa trên đo đạc vẫn tin tưởng cao về tính hợp lệ thường là những hình hữu dụng nhất để thiết kế thành công, thì thường tỏ ra khó dùng khó tổng quát hóa trừ phi phép đo mở rộng được tập hợp trên các môi trường phù hợp. Ví dụ, rất khó sử dụng các kết quả đo từ một vùng thành phố này để đặc tính hóa hình cho vùng thành phố khác trừ khi một Trần Sơn Tùng-D04VT1 6 Học viện công nghệ BCVT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP lượng lớn dữ liệu được tập hợp rộng về không gian đa dạng về địa hình, cần lý thuyết bản đủ mạnh để giải thích ngoại suy hình đó cho vị trí mới. Việc triển khai hình toán cho truyền lan tín hiệu cần hiểu biết sâu về các hiện tượng vật lý bản. Ví dụ: để hình hóa cho kênh vô tuyến tầng điện ly, phải hiểu rõ truyền lan sóng vô tuyến. Tương tự, phải hiểu biết căn bản về kiến thức quang học mới triển khai được các hình cho các sợi quang đơn mode đa mode. Một trong những thách thức khi lập hình kênh là chuyển hình truyền lan vật lý chi tiết thành dạng phù hợp để phỏng. Từ viễn cảnh vật lý, các hình toán thể quá chi tiết hoặc thể không ở dạng phù hợp để phỏng. Ví dụ, hình toán cho kênh vô tuyến thể dạng phương trình Maxwell. hình này phải được đơn giản được chuyển sang dạng thuận tiện như: hàm truyền đạt hoặc đáp ứng xung kim trước khi phỏng. May thay, phần dễ dàng hơn so với việc rút ra các hình vật lý bản định rõ các tham số của những hình này. Một khi rút ra được hình vật lý định rõ các giá trị tham số, việc chuyển hình vật lý sang hình phỏng (thuật toán) thường dễ ràng. 1.1.2 phỏng các kênh truyền thông Các kênh truyền thông vật lý như: cáp đồng, ống dẫn sóng, không gian tự do sợi quang thường thể hiện tính tuyến tính. Một số kênh như kênh vô tuyến di động, tỏ ra vừa tính tuyến tính vừa tính thay đổi ngẫu nhiên theo thời gian LTV. hình phỏng cho những kênh này thuộc một trong hai loại sau: 1. hình hàm truyền đạt cho kênh bất biến theo thời gian. Ví dụ: cáp đồng, cáp quang không gian tự do. Khi này, đồ án coi kênh bản chất tĩnh (nghĩa là, kênh đáp ứng xung kim bất biến theo thời gian) tạo ra một đáp ứng tần số cụ thể bởi lẽ trễ không đổi trong kênh. Hàm truyền đạt của kênh bất biết theo thời gian là “phẳng” nếu đặt vào kênh một tín hiệu độ rộng băng thông, thì đáp ứng của kênh lên tín hiệu đó là không đổi. Kênh được gọi là “chọn lọc tần số” nếu tín hiệu vào một độ rộng băng thôngtrên đó tác động của kênh với các mức độ khác nhau tại các tần số khác nhau trong độ rộng băng tín hiệu hay nói cách khác đáp ứng tần số của kênh trong vùng tần số tín hiệu là thay đổi. 2. hình đường trễ rẽ nhánh TDL cho kênh thay đổi theo thời gian. Một ví dụ quan trọng là kênh vô tuyến di động. Với hình kênh này, kênh thường được coi là thay đổi theo thời gian. Nếu như kênh thay đổi trong khoảng thời gian nhỏ nhất của tín hiệu đặt vào, thì kênh được gọi là "phađinh nhanh". Nếu như kênh vẫn không đổi trong nhiều ký hiệu liên tiếp của nguồn tín hiệu đặt vào, thì kênh được gọi là kênh "phađinh chậm" khi này được coi như loại (1). Các hình hàm truyền đạt thể được phỏng trong miền thời gian hoặc miền tần số sử dụng bộ lọc đáp ứng xung kim hữu hạn (FIR) hoặc đáp ứng xung kim vô hạn (IIR). Các hình Trần Sơn Tùng-D04VT1 7 Học viện công nghệ BCVT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP kinh nghiệm ở dạng: đáp ứng được đo hoặc đáp xung kim được tổng hợp hoặc đáp ứng tần số thường được phỏng bằng cách dùng kỹ thuật FIR. Biểu thức giải tích cho hàm truyền đạt là dễ dàng hơn để phỏng sử dụng kỹ thuật IIR. Các hình phỏng cho các kênh (phađinh) thay đổi ngẫu nhiên theo thời gian dạng hình đường trễ rẽ nhánh TDL các độ lợi nhánh các trễ là các quá trình ngẫu nhiên. Nếu biết trước hình quá trình ngẫu nhiên cho các thay đổi theo thời gian bản (phađinh), thì thể rút ra được các thuộc tính của quá trình độ lợi nhánh được phỏng bằng các kỹ thuật khác nhau. Nếu kênh được giả định là kênh thay đổi chậm theo thời gian sao cho các điều kiện kênh không thay đổi trên nhiều ký hiệu phát, thì đồ án thể dùng chớp ảnh (nghĩa là, đáp ứng xung kim tĩnh) của kênh để phỏng. Điều này thể được lặp khi các điều kiện kênh thay đổi. 1.1.3 hình kênh rời rạc Trọng tâm của chương là các hình kênh dạng sóng để trình bày tương tác vật lý giữa dạng sóng tín hiệu phát kênh. Các hình kênh dạng sóng được lấy mẫu tại tần số lấy mẫu phù hợp. Các mẫu được xủ lý thông qua hình phỏng. Kỹ thuật khác thường hiệu quả hơn cho vài ứng dụng là biểu diễn kênh bằng một số hữu hạn các trạng thái. Tiến triển theo thời gian, trạng thái kênh thay đổi theo tập xác suất chuyển dịch, thì thể định nghĩa kênh bởi một chuỗi Markov. hình kênh kết quả hầu như dạng hình Markov ẩn (HMM). Giả sử HMM được xây dựng chính xác, thì việc phỏng dựa trên HMM cho phép đạc tính hóa chính xác hiệu năng hệ thống truyền thông với hiệu quả tính toán cao. Các hình kênh rời rạc các HMM là chủ đề của chương 2. 1.1.4 Phương pháp luận phỏng hiệu năng hệ thống truyền thông phỏng hiệu năng hệ thống truyền thông hoạt động trên kênh bất biến theo thời gian là khá đơn giản. Khi này, kênh được coi là một khối tuyến tính bất biến LTIV. Mặt khác, kênh thay đổi theo thời gian yêu cầu phải xét cụ thể. Phương pháp luận được dùng phụ thuộc vào mục đích phỏng phụ thuộc vào kênh thuộc loại thay đổi nhanh hay chậm theo tín hiệu các phân hệ đang được phỏng. Nhân tố quan trọng khác là quan hệ giữa độ rộng băng thông của tín hiệu độ rộng băng thông của kênh. Mức độ phức tạp của hình kênh là hàm của các đặc tính thời gian các đặc tính tần số của cả nguồn tín hiệu kênh. Nét đặc thù của chương Phần đầu được dành để triển khai hình cho kênh truyền thông, bắt đầu bằng các hình hàm truyền đạt đơn giản cho kênh "ống dẫn" hoặc "kim loại". Kênh này bao gồm cáp xoắn, cáp, ống dẫn sóng cáp quang, là các kênh tuyến tính bất biến theo thời gian LTIV vì vậy hình đáp ứng xung kim tĩnh hàm truyền đạt là đủ. Sau đó, đồ án xét các hình kênh cho kênh vô tuyến không gian tự do, là tuyến tính nhưng thể thay đổi theo thời gian. Trần Sơn Tùng-D04VT1 8 Học viện công nghệ BCVT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Phần sau đề cập việc phỏng các kênh truyền thông, nhấn mạnh việc thực thi các hình đường trễ rẽ nhánh TDL cho các kênh thay đổi theo thời gian một cách ngẫu nhiên. Triển khai ba hình đường trễ rẽ nhánh TDL khác nhau theo mức độ tăng dần về mức độ phức tạp dung lượng. Kết thúc chương là tả phương pháp luận để phỏng hiệu năng các hệ thống truyền thông hoạt động trên các kênh phađinh. Qua chương này, các kênh truyền thông mặt đất di động sẽ được nhấn mạnh, bởi lẽ những kênh này thể hiện phần lớn các thách thức trong quá trình mô hình hóa phỏng kênh, cũng là nguyên nhân của sự quan tâm cao trong truyền thông vô tuyến. 1.2 Kênh hữu tuyến ống dẫn sóng Các hệ thống truyền thông điện dùng nhiều loại dây dẫn khác nhau như cáp xoán đôi, cáp đồng trục. Các kênh này được đặc trưng bởi hình mạch điện RLC đặc tính truyền đạt vào/ra được hình hoá bằng hàm truyền đạt. Dùng hàm truyền đạt khi lập hình phỏng. Dễ dàng đo đáp ứng tần số với sự thay đổi độ dài cáp rút ra hình hàm truyền đạt dựa trên kết quả đo. thể cần mạng cáp lớn để định nghĩa kênh bằng cách dùng một số biến ngẫu nhiên để đặc trưng hóa các tham số hàm truyền đạt hay đáp ứng xung tĩnh. Khi này, kênh được xem là bất biến theo thời gian, vì vậy không cần đến hình kênh thay đổi theo thời gian. Cáp sợi quang ống dẫn sóng thuộc loại phương tiện truyền sóng hướng. Khi các mode truyền lan thay đổi, các kênh này thể được hình hóa là các hệ thống tuyến tính bất biến được đặc trưng bởi các hàm truyền đạt. Các hệ thống truyền thông sóng ánh sáng hướng dùng sợi quang, trong khi đó các hệ thống truyền thông quang không gian tự do truyền ánh sáng qua khí quyển. Hầu hết các hệ thống truyền thông sóng ánh sáng dùng cáp sợi quang đơn mode hoặc đa mode làm kênh truyền, một nguồn số liệu nhị phân, một máy thu để tạo ra một quyết định dựa trên năng lượng thu trong khoảng thời gian mỗi bit. Ngoài việc gây suy hao xung truyền dẫn, sợi quang còn gây méo hay dãn rộng các xung phát. Tồn tại hai chế méo: tán sắc tán sắc liên mode. Tán sắc là hậu quả của sự khác nhau về vận tốc truyền lan của các thành phần phổ được truyền. Tán liên mode được thấy trong sợi đa mode tổng hợp từ một số lượng lớn các đường truyền lan dọc theo sợi đến đầu vào bộ tách sóng với các trễ khác nhau. Đây là hiệu ứng đa đường. Những mối nối khớp nối trong một mạng cáp quang gây ra phản xạ mà thể được xem là tán liên mode phụ. hình kênh đa đường sẽ được nghiên cứu kỹ hơn trong phần 1.4. Phần 1.4 nhấn mạnh kênh vô tuyến phađinh, vì vậy nội dung được trình bày ở đây khả năng áp dụng cho nhiều loại kênh gồm cả cáp kim loại cáp sợi quang. Quan hệ vào/ra của một sợi quang được tả bởi hàm truyền đạt tương đương thông thấp Trần Sơn Tùng-D04VT1 9 Học viện công nghệ BCVT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ( ) ( ). ( ). ( ). ( , ) im c H f S G f H H f d λ λ λ λ ∞ −∞ = ∫ (1.2) trong đó phổ nguồn tín hiệu )( λ S là một hàm của bước sóng λ , )( λ G là độ lợi chọn lọc tần số của sợi, )( λ im H là tán liên mode ),( fH c λ là tán sắc. Tán liên mode là 2 2 (2 ) 2 2 1 ( ) e 2 im d f j ft im H f im σ π π σ π   − −  ÷   = (1.3) trong đó im σ là độ rộng đáp ứng xung rms td là trễ thời gian của sợi. Tán sắc màu là 2 ( ) ( , ) e j f T c H f π λ λ − = l (1.4) trong đó l là độ dài sợi quang )( λ T là trễ nhóm của sợi quang. Tìm được tập các thông số: phổ nguồn )( λ S , các đặc tính phân tán )( λ T , suy hao )( λ L từ nhà sản xuất nguồn quang sợi quang, được dùng để tính hàm truyền đạt bằng cách thay chúng vào (1.2) lấy tích phân số tại các tần số f khác nhau. Dùng một số phép lấy xấp xỉ cho )( λ T )( λ S để đơn giản quá trình tính toán hàm truyền đạt. Ví dụ, nguồn phổ lý tưởng thể được coi là xung tần số. Xấp xỉ Gausơ trung bình 0 λ thể được dùng cho hầu hết nguồn thực tế. Hàm trễ nhóm thường được lấy xấp xỉ bởi một hàm bậc hai 0 λλ − . Một khi ước lượng tích phân (1.2), kết quả được lưu trữ ở dạng bảng, việc phỏng cho kênh này được thực hiện bằng cách sử dụng FIR. hình được cho ở (1.2) là hình hàm truyền đạt vào/ra công suất cho sợi quang, là hợp lý để sử dụng trong các hệ thống truyền thông sóng ánh sáng tách sóng trực tiếp trong đó nguồn phổ rất hẹp so với độ rộng băng thông điều chế. Đối với các hệ thống băng rộng các hệ thống thông tin quang coherent thì hình không hợp lệ. 1.3. Kênh vô tuyến Các kênh vô tuyến đã được sử dụng từ rất sớm cho các hệ thống truyền thông đường dài, bắt đầu từ thử nghiệm của Marconi trong điện báo vô tuyến. Truyền lan sóng vô tuyến qua khí quyển gồm cả tầng điện ly – kéo dài vài trăm km trên bề mặt trái đất là một hiện tượng rất phức tạp. Truyền lan qua khí quyển phụ thuộc vào rất nhiều nhân tố như tần số, độ rộng băng tần tín hiệu, kiểu ăng ten, địa thế giữa ăng ten phát ăng ten thu (nông thôn, thành phố, trong nhà, ngoài trời, v.v…) các điều kiện thời tiết (khí quyển, mưa, sương mù,v.v…). Các nhà khoa học về khí Trần Sơn Tùng-D04VT1 10 Học viện công nghệ BCVT [...]... vi kch bn kờnh s 1 (trng hp kờnh lý tng) 10 10 10 Xác suất lỗi Pe 10 10 10 10 10 10 10 10 phỏng hiệu năng BER cho kịch bản kênh số: 1; N Sym =256 ký hiệu 0 AWGN Da duong -1 -2 -3 -4 -5 -6 -7 -8 -9 -10 0 2 4 6 8 10 12 14 Eb/N0 (dB) Hỡnh 1.2 Kch bn kờnh s1 minh ho chy hiu chun v phainh phng Ricean N TT NGHIP phỏng hiệu năng BER cho kịch bản kênh số: 2; N 10 Trn Sn Tựng-D04VT1 20 0 Sym =256 ký hiệu... tn s Lu ý hiu nng h thng b suy gim hn N TT NGHIP phỏng hiệu năng BER cho kịch bản kênh số: 3; NSym =256 ký hiệu Trn Sn Tựng-D04VT1 10 0 Hc vin cụng ngh BCVT 21 AWGN Multipath -1 10 -2 10 -3 Xác suất lỗi Pe 10 -4 10 -5 10 -6 10 -7 10 -8 10 -9 10 -10 10 0 2 4 6 8 10 12 14 Eb/N0 (dB) Hỡnh 1.4 Lp 3 minh ho pha inh nn Ricean v phainh chn lc tn s phỏng hiệu năng BER cho kịch bản kênh số: 4; NSym =256... Ricean v Rayleigh s c khai thỏc sõu hn trong cỏc phn tip theo phỏng hiệu năng BER cho kịch bản kênh số: 5; N Sym =256 ký hiệu 0 10 AWGN Multipath -1 10 -2 10 -3 Xác suất lỗi Pe 10 -4 10 -5 10 -6 10 -7 10 -8 10 -9 10 -10 10 0 2 4 6 8 10 12 14 Eb/N0 (dB) Hỡnh 1.6 Kch bn kờnh s 5 minh ho phainh chn lc tn s v phainh phng Rayleigh N TT NGHIP phỏng hiệu năng BER cho kịch bản kênh số: 6; N Sym =256 ký... truyn súng l tớn hiu iu ch dng x(t ) = A(t ).cos ( 2 f ct + (t ) ) (1.11) Vỡ thc hin mụ phng dng súng bng cỏch s dng cỏc tớn hiu ng bao phc, nờn ỏn % % % phi xỏc nh ng bao phc cho c x(t) v y(t) l x(t ) y (t ) từ đó rút ra h (t , ) % ng bao phc ca tớn hiu phỏt x(t ) : Bng cỏch kim tra (1.11) ta cú % x(t ) = A(t ).e ( t ) (1.12) % ng bao phc ca tớn hiu thu y (t ) : c xỏc nh nh sau Thay (1.11) vo (1.10)

Ngày đăng: 30/04/2014, 23:11

Từ khóa liên quan

Tài liệu cùng người dùng

  • Đang cập nhật ...

Tài liệu liên quan