nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng của kênh truyền hồi tiếp không lý tưởng lên chất lượng của hệ thống điều chế thích ứng

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ BỘ MÔN VIỄN THÔNG o0o LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU VÀ ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA KÊNH TRUYỀN HỒI TIẾP KHÔNG LÝ TƯỞNG LÊN CHẤT LƯỢNG CỦA HỆ THỐNG ĐIỀU CHẾ THÍCH ỨNG GVHD: PGS TS. HOÀNG ĐÌNH CHIẾN SVTH: NGUYỄN BẢO THÁI - Tp HCM, Tháng 1/2011 – iii Tóm tắt luận văn Mục tiêu chính của luận văn là nghiên cứu và đánh giá xác suất lỗi của hệ thống điều chế thích ứng với kênh truyền hồi tiếp không lý tưởng. Mô hình hệ thống điều chế thích ứng và mô hình hệ thống điều chế thích ứng kết hợp tổ hợp phân tập được xây dựng và kênh hồi tiếp không lý tưởng được tạo ra. Chất lượng của hệ thống được đánh giá dựa trên kênh truyền hồi tiếp. Chất lượng của hệ thống điều chế thích ứng được đánh giá với các trường hợp xác suất lỗi khác nhau trên kênh hồi tiếp. Hệ thống điều chế thích ứng được nghiên cứu và kết hợp với hệ thống phân tập để tăng tối đa chất lượng kênh truyền cũng được đề cập tới. Phương pháp bù lỗi được đặt ra và cho thấy hiệu quả của phương pháp trong việc truyền dữ liệu, hình ảnh hay âm thanh. Sinh viên thực hiện Nguyễn Bảo Thái iv Mục lục Đề mục Trang Lời cảm ơn ii Tóm tắt luận văn iii Mục lục iv Danh Sách Hình Vẽ vi Danh Sách Bảng Biểu ix Danh mục từ viết tắt x Chương 1 Giới thiệu chung 1 1.1 Giới thiệu 2 1.2 Một số loại kênh truyền 4 1.2.1 Kênh truyền Rayleigh 4 1.2.2 Kênh truyền Rician 5 1.2.3 Kênh truyền Nakagami 7 Chương 2 Đặc tính của kênh truyền và mô hình kênh truyền 9 2.1 Giới thiệu 10 2.2 Kênh truyền AWGN 11 2.3 Kênh truyền fading 16 2.3.1 Xác suất rớt 16 2.3.2 Xác suất lỗi trung bình 16 2.3.3 Hàm sinh các momen 17 2.4 Giải thuật mô phỏng và kết quả 20 2.4.1 Giải thuật mô phỏng 21 2.4.2 Kết quả mô phỏng 26 2.4.3 Code mô phỏng 30 Chương 3 Điều chế thích ứng 32 3.1 Giới thiệu 33 3.2 Mô hình hệ thống 33 3.3 Các phương pháp điều chế thích ứng 34 3.3.1 Phương pháp thích ứng công suất và tốc độ liên tục 35 3.3.2 Phương pháp thích ứng công suất liên tục, tốc độ rời rạc 38 3.3.3 Đảo kênh truyền với tốc độ cố định 42 3.3.4 Đảo kênh truyền với tốc độ rời rạc 46 v 3.3.5 Phương pháp thích ứng công suất rời rạc, tốc độ rời rạc 47 3.4 Khoảng thời gian fading trung bình 52 3.5 Xác suất lỗi trung bình của phương pháp thích ứng công suất liên tục, tốc độ rời rạc 53 3.5.1 Tính toán lý thuyết 53 3.5.2 Giải thuật mô phỏng và kết quả 54 3.6 Ước lượng kênh truyền trễ và lỗi 56 3.7 Điều chế thích ứng tổng quát 59 3.7.1 Thích ứng với công suất và tốc độ liên tục 59 3.7.2 Thích ứng tỷ số tín hiệu trên nhiễu trung bình 62 3.8 Code mô phỏng 67 Chương 4 Điều chế thích ứng kết hợp tổ hợp phân tập 71 4.1 Giới thiệu 72 4.2 Điều chế thích ứng kết hợp tổ hợp phân tập 75 4.2.1 Mô hình tín hiệu và kênh truyền 75 4.2.2 Mô hình AMDC lợi về băng thông 75 4.2.3 Mô hình AMDC lợi về công suất 77 4.2.4 Mô hình AMDC lợi về băng thông và công suất 78 4.3 Phương pháp AMDC option 2 81 Chương 5 Ảnh hưởng của kênh hồi tiếp không lý tưởng lên chất lượng của hệ thống điều chế thích ứng 84 5.1 Giới thiệu 85 5.2 Ước lượng lỗi trên kênh hồi tiếp 86 5.3 Lỗi đường hồi tiếp trong hệ thống điều chế thích ứng 88 5.4 Lỗi đường hồi tiếp trong hệ thống điều chế thích ứng kết hợp phân tập AMDC option 2 93 5.4.1 Bù lỗi hồi tiếp 93 5.4.2 Giải thuật mô phỏng và kết quả 106 5.4.3 Code mô phỏng 114 Chương 6 Kết luận và hướng phát triển của đề tài 121 6.1 Kết luận 121 6.2 Hướng phát triển của đề tài 121 Tài liệu tham khảo 122 vi Danh Sách Hình Vẽ Chương 1  5  6 -m. 8 Chương 2  11 Hình 2.2 S  cho kênh AWGN. 21 Hình 2.3 S   22 Hình 2.4 Ph kênh Rayleigh. 22 Hình 2.5 Ph 25 Hình 2.6 Ph-m. 26  27  27  28  29  29 Chương 3  34 -normal. 39  39 Hình 3.4 Kê  (3.20). 43 Hình 3.5 Kênh log- ). 44 Hình 3.6    45  Rayleigh 45 Hình 3.8 - normal. 47 Hình 3.9  48 Hình 3.10 -normal. 49 vii Hình 3.11  49 Hình 3.12 - normal. 51 Hình 3.13  . 51 Hìn 55 -normal. 56  56 ER. 58  59 Hình 3.19  62 Hình 3.20 Thích ng công sut cho các biên xác sut li khác nhau ca tín hiu MPSK. 64 . 66 Hình 3.22 Hiu sut ph ca mt s kiu thích ng khác nhau. 67 Chương 4 Hình 4.1 Mô hình AMDC li v  77  79 Hình 4.3 Mô hình AMDC li v t. 80 Chương 5  85  86 Hình 5.3 Giá tr ca ngng 2 và 3 theo ngng 1. 90 Hình 5.4 Giá tr có th c ca xác sut li 91 Hình 5.5 Hiu sut ph ca h thu ch thích ng. 91 Hình 5.6 Gii thut mô phng ca h thu ch thích ng trong trng hp có li trên kênh hi tip. 92 Hình 5.7 Gii thut bù li cho phng pháp AMDC option 2. 95 Hình 5.8 Cách tính cn cho trng hp . 99 Hình 5.9 Cách tính cn cho trng hp . 99 Hình 5.10 Cách tính cn cho trng hp . 98   108 Hình 5.12 S ng kt hp cho h thu ch thích ng kt hp t hp phân tp. 109 Hình 5.13 Hiu sut ph cho h thu ch thích ng kt hp t hp phân tp. 110 viii Hình 5.14 Xác sut li cho h thu ch thích ng kt hp t hp phân tp 111 Hình 5.15 Xác sut li lý thuyt ca h thu ch thích ng kt hp t hp phân tp. 111 Hình 5.16 Hình nh trc khi truyn. 112 Hình 5.17 Hình c khi kênh hi tip lý tng. 112 Hình 5.18 Hình c khi không bù li hi tip 113 Hình 5.19 Hình c khi có bù li hi tip. 113 ix Danh Sách Bảng Biểu Chương 3 Bảng 3.1 Tính toán thích ứng công suất và tốc độ cho 5 vùng. 40 Bảng 3.2 Thời gian fading trung bình cho từng vùng, kênh truyền Rayleigh. 52 Chương 5 Bảng 5.1 Xác suất chuyển tiếp cho kênh truyền Rayleigh với các giá trị BER trung bình khác nhau. 88 . x Danh mục từ viết tắt BPSK Binary Phase Shift Keying QPSK Quadrature Phase Shift Keying QAM Quadrature Amplitude Modulation MPAM Pulse-Amplitude Modulation MPSK Multiple Phase Shift Keying MQAM Multiple Quadrature Amplitude Modulation BER Bit Error Ratio CSI Channel State Information LOS Line-Of-Sight AWGN Additive White Gaussian Noise ARMA Autoregression and Moving Average SNR Signal-to-Noise Ratio MGF Moment-Generating Function GSM Global System for Mobile Communications EGPRS Enhanced General Packet Radio Service CDMA Code Division Multiple Access WiMAX Worldwide Interoperability for Microwave Access SC Selection Combining MRC Maximal Ratio Combining EGC Equal Gain Combining SSC Switch-And-Stay Combining GSC Generalized Selection Combining AT-GSC Absolute Threshold Generalized Selection Combining NT-GSC Normalized Threshold Generalized Selection Combining MS-GSC Minimum Selection Generalized Selection Combining AMDC Adaptive Modulation and Diversity Combining IEEE Institute of Electrical and Electronics Engineers MEDS Method of Exact Doppler Spread GVHD: HOÀNG ĐÌNH CHIẾN 1 Chương 1 Giới thiệu chung Nội dung 1.1 Giới thiệu 1.2 Một số loại kênh truyền 1.2.1 Kênh truyền Rayleigh 1.2.2 Kênh truyền Rician 1.2.3 Kênh truyền Nakagami [...]... nghiên cứu về ảnh hưởng của kênh hồi tiếp không lí tưởng lên chất lượng của hệ thống và một số phương pháp phát hiện lỗi hồi tiếp được đưa ra nhằm làm giảm sự suy giảm chất lượng và hạn chế vùng gián đoạn do lỗi đường hồi tiếp Trong luận văn này, phương pháp được dùng là sử dụng phân tập thu thích ứng để bù cho sự suy giảm chất lượng hệ thống do kênh truyền hồi tiếp không lí tưởng GVHD: HOÀNG ĐÌNH CHIẾN... của hệ thống nhiều hơn dưới cùng điều kiện về xác suất lỗi Với mô hình AMDC, máy thu quyết định kiểu điều chế thích hợp và cấu trúc tổ hợp phân tập dựa trên chất lượng kênh truyền và yêu cầu về xác suất lỗi Luận văn này cũng sẽ xem ảnh hưởng của kênh hồi tiếp không lí tưởng và làm giảm nhẹ ảnh hưởng của nó trong điều kiện của hệ thống AMDC Cụ thể là giả sử lỗi hồi tiếp gây nên kiểu điều chế thích ứng. .. sau khi máy thu ước lượng kênh truyền Trong trường hợp có lỗi hồi tiếp, máy thu có thể nhận dạng chính xác kiểu điều chế thực sự dùng để truyền ban đầu và thực hiện cấu trúc lại bộ giải điều chế tương ứng Trước tiên ta đánh giá ảnh hưởng của lỗi kênh hồi tiếp lên chất lượng của hệ thống AMDC Sau đó, ta điều chỉnh số đường phân tập ở máy thu để làm giảm sự suy giảm chất lượng hệ thống do lỗi và tiết... hợp Điều chế thích ứng là một giải pháp hiệu quả cho truyền dẫn tin cậy và mang lại hiệu quả về băng thông Hầu hết những nghiên cứu về điều chế thích ứng trước đây đều giả sử kênh truyền hồi tiếp không có lỗi để dễ phân tích Tuy nhiên trong hoàn cảnh thực tế, điều giả sử lí tưởng này không hợp lí, ví dụ phương pháp kiểm soát lỗi đủ mạnh không thể thực hiện trên kênh truyên hồi tiếp vì kênh hồi tiếp. .. động không dây tự cấu hình thành một mạng không dây mà không cần sự trợ giúp của một cơ sơ hạ tầng thiết lập sẵn Ngoài ra ta cũng có thể thấy ứng dụng của hệ thống điều chế thích ứng với tín hiệu MQAM trong WiMAX Điều chế thích ứng yêu cầu bộ phát phải biết được trạng thái của kênh truyền và điều này yêu cầu bộ thu ước lượng kênh truyền sau đó gửi thông tin này cho bên phát để lựa chọn kiểu điều chế thích. .. kiểu điều chế là MPAM, MPSK và MQAM trong kênh truyền AWGN, và mô phỏng tín hiệu MQAM cho ba kênh truyền fading là Rayleigh, Rician và Nakagami-m Kênh truyền AWGN Hình 2.2 Sơ đồ mô phỏng cho kênh AWGN Kênh truyền fading Tùy theo loại fading mà ta sử dụng kênh truyền fading tương ứng GVHD: HOÀNG ĐÌNH CHIẾN 21 Chương 2 Đặc tính của kênh truyền và mô hình kênh truyền Hình 2.3 Sơ đồ mô phỏng cho kênh truyền. .. tập Chương 5 sẽ đánh giá chẩt luợng của hệ thống điều chế thích ứng khi có lỗi hồi tiếp và trình bày phương pháp điều chế thích ứng kết hợp tổ hợp phân tập AMDC và giải thuật bù lỗi, so sánh kết quả bù lỗi với trường hợp không bù lỗi và thực hiện truyền một đoạn âm thanh và một bức hình để có thể đánh giá khách quan và chủ quan Chương 6 sẽ kết luận về kết quả đạt được và hướng phát triển của đề tài 1.2... hạn chế về băng thông và tốc độ Khi lỗi hồi tiếp xuất hiện, máy phát sẽ dùng kiểu điều chế khác so với kiểu điều chế mà máy thu đã chọn Trong trường hợp này cho dù máy thu có thể biết được kiểu điều chế sẽ thu nhờ phần đầu của đoạn dữ liệu được truyền và cấu hình lại bộ thu cho tương ứng, xác suất lỗi tức thời của hệ thống có thể trở nên không chấp nhận được Gần đây đã có một số nghiên cứu về ảnh hưởng. .. và biên độ, trong khi MPSK hay MPAM chỉ điều chế theo pha hoặc biên độ Khi thì chất lượng của tín hiệu MQAM giống như tín hiệu MPSK Hình (2.9) vẽ kết quả mô phỏng kênh truyền Rayleigh với các giá trị khác nhau của cho tín hiệu MQAM GVHD: HOÀNG ĐÌNH CHIẾN 26 Chương 2 Đặc tính của kênh truyền và mô hình kênh truyền Hình 2.7 Kênh truyền AWGN với M=4 Hình 2.8 Kênh truyền AWGN với M=8 GVHD: HOÀNG ĐÌNH CHIẾN... tính của kênh truyền và mô hình kênh truyền Nội dung 2.1 Giới thiệu 2.2 Kênh truyền AWGN 2.3 Kênh truyền fading 2.3.1 Xác suất rớt 2.3.2 Xác suất lỗi trung bình 2.3.3 Hàm sinh các momen 2.4 Giải thuật mô phỏng và kết quả 2.4.1 Giải thuật mô phỏng 2.4.2 Kết quả mô phỏng 2.4.3 Code mô phỏng GVHD: HOÀNG ĐÌNH CHIẾN 9 Chương 2 Đặc tính của kênh truyền và mô hình kênh truyền 2.1 Giới thiệu Chất lượng của . chính của luận văn là nghiên cứu và đánh giá xác suất lỗi của hệ thống điều chế thích ứng với kênh truyền hồi tiếp không lý tưởng. Mô hình hệ thống điều chế thích ứng và mô hình hệ thống điều chế. 5 Ảnh hưởng của kênh hồi tiếp không lý tưởng lên chất lượng của hệ thống điều chế thích ứng 84 5.1 Giới thiệu 85 5.2 Ước lượng lỗi trên kênh hồi tiếp 86 5.3 Lỗi đường hồi tiếp trong hệ thống. chế thích ứng kết hợp tổ hợp phân tập được xây dựng và kênh hồi tiếp không lý tưởng được tạo ra. Chất lượng của hệ thống được đánh giá dựa trên kênh truyền hồi tiếp. Chất lượng của hệ thống điều