tìm hiểu một số thích nghi sự dụng trong ofdm 6 doc

Chương 4: Một số phương pháp thích nghi sử dụng trong hệ thống OFDM - 46 - Hình 4.3 Ngưỡng SNR chuyển mức cho cơ chế mức điều chế Phương pháp này có ưu điểm là rất đơn giản chỉ cần so sánh SNR thu với SNR ngưỡng để quyết định sơ đồ điều chế phù hợp. Tuy nhiên với phương pháp này sẽ không tận dụng được những khoảng băng tần kênh có đáp ứng tốt, vì ở những đoạn băng tần kênh này có thể cho phép mức điều chế cao hơn mức thiết lập chung. Do đó để đảm bảo cho mức điều chế tối đa có thể có cho các thành phần sóng mang ít bị ảnh hưởng bởi kênh thì ta phải xây dựng thuật toán thích nghi dựa trên cơ chế chọn lọc sóng mang. 4.5.3 Thích nghi theo cơ chế chọn lọc sóng mang  Nguyên lí: Do tính chất chọn lọc tần số của đáp ứng kênh nên đối với kênh chọn lọc tần số tồn tại những khoảng băng tần thăng giáng khác nhau. Chương 4: Một số phương pháp thích nghi sử dụng trong hệ thống OFDM - 47 - - Vùng tần số của đáp ứng kênh ít bị thăng giáng: Truyền dữ liệu trên các sóng mang con nằm trong khoảng băng tần có độ biến động chấp nhận được  cải thiện BPS. - Vùng tần số của đáp ứng kênh bị thăng giáng mạnh: Không truyền dữ liệu trên đó  cải thiện QoS.  Xây dựng giải thuật: Dựa trên tính chất chọn lọc tần số của kênh ta có thể xây dựng thuật toán thích nghi theo cơ chế chọn lọc sóng mang nhằm phát huy tối đa ưu điểm của phân tập tần số. Với giả thiết là: (1) Cùng một độ rộng băng tần được cấp phát cho kênh (cùng tốc độ bit vào); (2) Cùng trạng thái kênh (cùng một đoạn băng tần bị thăng giáng, cùng số lượng các sóng mang con bị thăng giáng ); (3) trong cùng một khoảng thời gian khảo sát, có cùng số lượng bit được truyền, cùng khoảng thời gian mô phỏng. Nếu số lượng sóng mang (N _Sub ) được dùng để truyền dữ liệu là nhỏ, nghĩa là tỉ lệ giữa số các bit được truyền đi bị lỗi trên toàn bộ các bit được truyền đi là lớn (BER tăng) ngoài ra còn gây lỗi cụm (các lỗi có tính chất tập trung). Như vậy, khi N _Sub nhỏ không những BER lớn mà còn tăng lỗi cụm. Nếu ta dùng một số lượng lớn sóng mang để truyền dữ liệu thì sẽ có tác dụng giảm số lượng lỗi vì tỷ lệ sóng mang bị lỗi so với toàn bộ sóng mang sẽ rất nhỏ BER giảm ngoài ra còn không gây lỗi cụm. Như vậy, khi N Sub lớn không những BER giảm mà còn giảm lỗi cụm. Chương 4: Một số phương pháp thích nghi sử dụng trong hệ thống OFDM - 48 - Trên đây là trường hợp chưa thực hiện thích nghi. Nếu bỏ giả thiết (3) ở trên và thực hiện cơ chế thích nghi bằng cách: Tăng, giảm số lượng các sóng mang con theo trạng thái kênh: Một khi ta khảo sát trong khoảng thời gian đủ dài và thực hiện thích nghi số sóng mang con N Sub theo trạng thái kênh trong miền tần số  cải thiện được cả hiệu năng BER và QoS  hạn chế lỗi. Không truyền dữ liệu trên các sóng mang con bị lỗi: Tiến hành truyền dữ liệu trên sóng mang có tỷ lệ lỗi cho phép và sẽ không truyền trên các sóng mang có tỷ lệ lỗi vượt quá ngưỡng cho phép. Tất nhiên nếu ta dùng cơ chế thích nghi khi dùng số ít sóng mang con sẽ không hiệu quả về thông lượng vì có thể có trường hợp mà có nhiều sóng mang con bị lỗi quá ngưỡng cho phép do đó dữ liệu được truyền trên một số ít sóng mang còn lại, điều này dẫn đến việc giảm mạnh tốc độ bit truyền dẫn. Do vậy để nâng cao hiệu năng của cơ chế thích nghi chọn lọc sóng mang thì số lượng sóng mang con cần phải đủ lớn (thông thường > 100). Vấn đề chính của thuật toán thích nghi chọn lọc sóng mang là phải xác định được BER cho từng thành phần sóng mang, sau đó so sánh với giá trị BER ngưỡng để quyết định sẽ không truyền dữ liệu trên thành phần sóng mang nào. Nếu giá trị BER trên sóng mang con nào thấp hơn mức ngưỡng thì phía phát sẽ tiến hành chèn ký hiệu hoa tiêu vào thành phần sóng mang đó, các ký hiệu hoa tiêu này để đơn giản ta nên thiết lập giá trị là ’0’. Phía thu sẽ vẫn tiến hành thu và tính BER trên các sóng mang được chèn hoa tiêu, nếu giá trị BER trên các sóng mang này mà thấp hơn ngưỡng cho phép thì ta lại truyền dữ liệu bình thường trên các sóng mang này. Do Chương 4: Một số phương pháp thích nghi sử dụng trong hệ thống OFDM - 49 - đó việc chèn ký hiệu hoa tiêu lên các sóng mang có tỷ lệ lỗi lớn sẽ giúp cho phía thu ước tính chính xác trạng thái kênh truyền dẫn.  Nhận xét: Ưu điểm nổi bật của cơ chế thích nghi chọn lọc sóng mang là tận dụng cực đại hoá những khoảng băng tần ít biến động của kênh và giảm thiểu dữ liệu truyền trên những khoảng băng tần thăng giáng lớn của kênh hay nói cách khác giảm thiểu được ảnh hưởng pha đinh chọn lọc tần số. Trong khi đó ở các thuật toán khác như mức điều chế (M-QAM , M-PSK ) do xử lý như nhau đối với toàn bộ băng tần kênh, nên không thể tận dụng ưu điểm và đối phó nhược điểm trên đáp ứng kênh truyền trong miền tần số. Vì vậy, có thể nói rằng đây là giải thuật khá tối ưu để cải thiện BER và thông lượng truyền. 4.6 Mô hình thuật toán theo cơ chế chọn lọc sóng mang Nội dung của thuật toán chọn lọc sóng mang được trình bày ở mô hình giải thuật dưới đây: Chương 4: Một số phương pháp thích nghi sử dụng trong hệ thống OFDM - 50 - Hình 4.4 Mô hình thuật toán theo cơ chế chọn lọc sóng mang cho hệ thống truyền dẫn OFDM Khối tính BER: So sánh sự sai khác giữa ký hiệu phát và thu, tính số lượng lỗi. Sau đó khối tính BER sẽ gửi kết quả tính toán đến khối quyết định chèn. BER ngưỡng: Do người dùng thiết lập tuỳ theo tính chất dịch vụ yêu cầu, đối với thoại thông thường 1%BER  , trong khi đó đối với các dịch vụ số liệu thì yêu cầu 0.01%BER  . Khối quyết định chèn: Dựa trên giá trị BER ngưỡng thiết lập cho từng dịch vụ, khối quyết định sẽ tính chính xác giá trị BER trung bình cho từng thành phần sóng mang để đảm bảo được giá trị BER ngưỡng, giá trị BER trung bình này gọi là giá trị BER trung bình ngưỡng ( ng tb BER ). Đầu ra của bộ quyết định là một mảng một chiều Chương 4: Một số phương pháp thích nghi sử dụng trong hệ thống OFDM - 51 - (mảng QĐ) có kích thước bằng số lượng sóng mang. Công việc của khối quyết định là so sánh các giá trị BER của từng thành phần sóng mang do bộ tính BER đưa đến với giá trị ng tb BER , nếu giá trị BER của thành phần sóng mang nào > ng tb BER thì phần tử trong mảng QĐ tương ứng với thành phần sóng mang đó sẽ được gán bằng ’1’. Nếu ngược lại sẽ được gán bằng ’0’. Giá trị ’1’ có nghĩa là không truyền dữ liệu trên sóng mang này, giá trị ’0’ có nghĩa là vẫn sử dụng sóng mang này. Lưu đồ thuật toán cho khối quyết định được mô tả như sau: Hình 4.5 Lưu đồ thuật toán khối quyết định Khối điều khiển chèn: Khối này lấy thông tin chèn từ khối quyết định, nếu sóng mang nào có BER ng tb BER khi đó phần tử trong mảng QĐ có chỉ số bằng số thứ tự Chương 4: Một số phương pháp thích nghi sử dụng trong hệ thống OFDM - 52 - của sóng mang này sẽ có giá trị là ’1’ và ta phải tiến hành chèn ’0’ lên sóng mang này, nếu ngược lại thì sẽ tiến hành truyền dữ liệu bình thường trên sóng mang này. Khối điều khiển chèn sẽ can thiệp thứ tự của ký hiệu phát trên mỗi sóng mang để đảm bảo sao cho nếu không sử dụng sóng mang thì sẽ chèn thêm ký hiệu ’0’, và nếu sử dụng thì không chèn. Sau đây là lưu đồ thuật toán mô tả hoạt động của khối điều khiển chèn. Chương 4: Một số phương pháp thích nghi sử dụng trong hệ thống OFDM - 53 - Hình 4.6 Lưu đồ thuật toán mô tả hoạt động của khối điều khiển chèn Khối điều khiển giải chèn: Hoạt động của khối điều khiển giải chèn hoàn toàn ngược lại với khối điều khiển chèn. Khối này lấy thông tin chèn từ khối quyết định, dựa trên thông tin về các vị trí chèn khối này sẽ tiến hành giải chèn tức là loại bỏ những ký hiệu chèn trên những sóng mang con được chèn và đưa những ký hiệu chèn này đến bộ ước tính kênh để tiến hành tìm ra đáp ứng kênh. 4.7 Kết luận Chương này đã trình bày khã rõ về điều chế thích nghi, nguyên lí chung cho các hệ thống truyền dẫn thích nghi. Đưa ra ba phương án thích nghi thường được sử dụng: thích nghi theo SNR phát, theo mức điều chế và theo cơ chế chọn lọc sóng mang đồng thời tiến hành phân tích hiệu quả của các cơ chế thích nghi. Chương đã đưa ra mô hình hệ thống truyền dẫn OFDM sử dụng thuật toán thích nghi theo cơ chế chọn lọc sóng mang và một số thuật toán được sử dụng trong chương trình mô phỏng. Chương 5: Chương trình mô phỏng - 54 - CHƯƠNG 5 CHƯƠNG TRÌNH MÔ PHỎNG 5.1 Giới thiệu chương Chương này sẽ trình bày về mô hình để mô phỏng một hệ thống AOFDM, đưa ra các kết quả của chương trình mô phỏng và tiến hành đánh giá hiệu năng của hệ thống trong các trường hợp thích nghi. Cuối cùng là phần kết luận và đề xuất hướng phát triển của đề tài. 5.2 Mô hình mô phỏng hệ thống truyền dẫn OFDM thích nghi Mô hình mô phỏng hệ thống OFDM được cho ở hình 5.1. Dữ liệu của người dùng là file ảnh thuộc các định dạng: JPEG, BITMAP, …Dữ liệu đọc được từ file ảnh sẽ có dạng một vector 3 chiều, với các phần tử có dạng thập phân 1-256. Do không thể truyền trực tiếp một vector 3 chiều được cho nên phải tiến hành chuyển đổi vector 3 chiều thành vector 1 chiều, sau đó để truyền qua hệ thống OFDM cần tiến hành chuyển đổi dữ liệu thập phân sang ‘từ’ nhị phân 8 bit. Bộ tính lỗi sẽ so sánh sự khác nhau giữa dữ liệu phát và thu và tính số lượng lỗi, sau đó hiển thị lỗi để tính hiệu năng của hệ thống. Dữ liệu nhị phân sau đó được đưa lên điều chế M- QAM, tiếp theo dữ liệu sau điều chế M-QAM được đưa đến bộ điều chế OFDM. Dữ liệu sau điều chế OFDM được phát qua kênh vô tuyến đến máy thu. Máy thu sẽ thực hiện ngược các công việc với phía phát. Dữ liệu cuối cùng có dạng vector 3 chiều với các phần tử có dạng thập phân sẽ được khôi phục dưới dạng file ảnh và hiển thị để so sánh với ảnh ban đầu. Hoạt động của khối tính BER, khối quyết định, khối điều khiển chèn, khối điều khiển giải chèn hoàn toàn tương tự như các khối . Chương 4: Một số phương pháp thích nghi sử dụng trong hệ thống OFDM - 48 - Trên đây là trường hợp chưa thực hiện thích nghi. Nếu bỏ giả thiết (3) ở trên và thực hiện cơ chế thích nghi bằng. ( ng tb BER ). Đầu ra của bộ quyết định là một mảng một chiều Chương 4: Một số phương pháp thích nghi sử dụng trong hệ thống OFDM - 51 - (mảng QĐ) có kích thước bằng số lượng sóng mang. Công việc của. mang nào có BER ng tb BER khi đó phần tử trong mảng QĐ có chỉ số bằng số thứ tự Chương 4: Một số phương pháp thích nghi sử dụng trong hệ thống OFDM - 52 - của sóng mang này sẽ có giá