kết quả mụ phỏng
Để quan sỏt hiệu năng của mỗi lần thực hiện mụ phỏng (cú thể dựng hoặc khụng dựng cơ chế thớch ứng), đồ ỏn đó thiết kế giao diện hiển thị:
Hiệu năng BER của hệ thống thụng qua kết quả BER trong mỗi lần phỏt ký hiệu
(giỏ trị hiển thị trờn nhón 'BER' trong phần hiển thị kết quả trờn giao diện mụ phỏng 'OFDM_S')
Hiệu năng thụng lượng của hệ thống, được đo bằng số bit/ký hiệu điều chế súng
mang con (vớ dụ, 4-QAM sẽ cú thụng lượng là 2 bit/ký hiệu). Thụng lượng chớnh là tốc độ bit truyền dữ liệu.
Giao diện hiển thị hiệu năng BER và hiệu năng thụng lượng hệ thống sẽ được mở ra ngay khi kết thỳc mụ phỏng quỏ trỡnh truyền dữ liệu, để hiển thị kết quả mụ phỏng cho trường hợp mới nhất.
Dưới đõy là giao diện hiển thị hiệu năng BER và hiệu năng thụng lượng cho trường hợp mụ phỏng hệ thống truyền dẫn OFDM kết hợp cả hai cơ chế thớch ứng chọn lọc súng mang và mức điều chế. Để xem hiệu năng thụng lượng của hệ thống, phải kớch chuột vào nỳt thụng lượng trờn phần hiển thị kết quả mụ phỏng.
Chương 6: Chương trỡnh mụ phỏng truyền dẫn OFDM thớch ứng Đồ ỏn tốt nghiệp Đại học
Để dễ dàng so sỏnh hiệu năng BER và hiệu năng thụng lượng của cỏc cơ chế thớch ứng khỏc nhau, cũng như giữa thớch ứng và khụng thớch ứng, đồ ỏn đó tổng kết cỏc lần chạy chương trỡnh mụ phỏng khỏc nhau và đưa ra kết quả tổng hợp thụng qua giao diện so sỏnh.
Kết quả hiệu năng BER và hiệu năng thụng lượng của hệ thống truyền dẫn OFDM thụng qua mụ phỏng.
Giao diện so sỏnh hiệu năng và thụng lượng sẽ được mở ra khi kớch chuột vào nỳt 'So sỏnh' trờn giao diện đỏnh giỏ hiệu năng.
Chỉ tiờu so sỏnh: Gồm hai chỉ tiờu là hiệu năng (BER) và thụng lượng (BPS).
• Đối tượng so sỏnh: Giữa cỏc hệ thống sử dụng cỏc cơ chế thớch ứng, và giữa hệ thống dựng cơ chế thớch ứng và hệ thống khụng dựng thớch ứng.
• Phương phỏp so sỏnh: So sỏnh hiệu năng BER (QoS) và hiệu năng thụng lượng (BPS) của cỏc hệ thống trờn, khi số trạng thỏi điều chế súng mang con bắt đầu mụ phỏng: 4-QAM, 16-QAM, 64-QAM.
Trường hợp 1: Mức điều chế súng mang thiết lập ban đầu là BPSK, đặc biệt để so sỏnh một cỏch triệt để hiệu năng và thụng lượng giữa cỏc cơ chế thớch ứng, ta sẽ chọn điều kiện kờnh thiết lập ban đầu sao cho hệ thống thớch ứng theo mức điều chế luụn khụng đạt ngưỡng phỏt 16-QAM, với điều kiện này ta cú kết quả:
Phõn tớch kết quả:
Hiệu năng BER:
Khi điều kiện kờnh truyền tồi SNR < 17 dB hệ thống OFDM dựng cơ chế thớch
ứng mức điều chế và hệ thống OFDM khụng thớch ứng cú hiệu năng như nhau do chỉ đảm bảo SNR phỏt BPSK. Cũng với điều kiờn kờnh như vậy, hệ thống OFDM dựng cơ chế thớch ứng chọn lọc súng mang và hệ thống OFDM dựng cơ chế thớch
Chương 6: Chương trỡnh mụ phỏng truyền dẫn OFDM thớch ứng Đồ ỏn tốt nghiệp Đại học
do hai hệ thống này chỉ truyền dữ liệu trờn cỏc vựng đỏp ứng kờnh tốt. Tuy nhiờn hệ thống dựng cơ chế thớch ứng kết hợp sẽ cho hiệu năng thấp hơn hệ thống dựng nguyờn cơ chế chọn lọc súng mang. Vỡ, hệ thống dựng cơ chế thớch ứng chọn lọc súng mang giữ nguyờn mức điều chế BPSK, nhưng hệ thống dựng cơ chế thớch ứng kết hợp đó đảm bảo BER phỏt 4 -QAM, mặt khỏc ở mức 4-QAM hiệu năng sẽ thấp hơn 4-QAM.
Khi điều kiện kờnh truyền tốt hơn, SNR > 17 dB, ta thấy giữa cỏc hệ thống đó cú sự khỏc biệt rừ ràng. Hệ thống dựng nguyờn cơ chế thớch ứng chọn lúc súng mang cú hiệu năng cao nhất, do giữ nguyờn mức điều chế BPSK và truyền dữ liệu trờn vựng đỏp ứng kờnh tốt. Hệ thống dựng cơ chế thớch ứng mức điều chế do đảm bảo BER phỏt 4-QAM, ở mức này sẽ cho hiệu năng thấp hơn hiệu năng của hệ thống khụng dựng thớch ứng. Hệ thống dựng cơ chế thớch ứng kết hợp do đảm bảo BER phỏt 16-QAM, ở mức này dự cú cơ chế thớch ứng chọn lọc súng mang song hiệu năng vẫn thấp hơn hệ thống khụng dựng thớch ứng luụn giữ nguyờn mức điều chế BPSK. Nếu chỳ ý ta sẽ thấy đường thể hiện BER của cỏc hệ thống dựng cơ chế thớch ứng mức điều chế cú sự nhẩy bậc. Điều này xảy ra do sự chuyển mức điều chế, ở mức điều chế cao BER bao giờ cũng cao hơn ở mức điều chế thấp.
Hiệu năng thụng lượng
Đối với hệ thống khụng dựng một cơ chế thớch ứng nào hoặc thớch ứng theo cơ chế chọn lọc súng mang sẽ cú thụng lượng khụng đổi, kết quả so sỏnh chỉ cú ý nghĩa đối với hai cơ chế thớch ứng là chuyển mức điều chế (AQAM) và kết hợp giữa chọn lọc súng mang và mức điều chế.
Khi điều kờnh kờnh tồi (SNR < 8 dB), hệ thống khụng thớch ứng và hệ thống thớch ứng theo mức điều chế cú thụng lượng như nhau 1 bit/ký hiệu (cỏc hệ thống đều phỏt BPSK). Song cũng với điều kiện kờnh như vậy, hệ thống dựng cơ chế thớch ứng kết hợp giữa chọn lọc súng mang và mức điều chế đó cú thể phỏt 4-QAM. Đến khi hệ thống thớch ứng theo mức điều chế cú thể phỏt ổn định 4-QAM, thỡ hệ thống dựng cơ chế thớch ứng kết hợp đó cú thể phỏt 16-QAM. Tuy số lần phỏt 4-QAM và 16-QAM tương đương nhau, nhưng như thế thụng lượng của hệ thống dựng cơ chế thớch ứng kết hợp cũng cao hơn rất nhiều so với cỏc hệ thống khỏc. Để thấy rừ ưu điểm của cỏc cơ chế thớch ứng chuyển mức điều chế ta hóy xột điều kiện kờnh truyền tốt hơn, và mức điều chế cao hơn.
Trường hợp 2: Mức điều chế súng mang con thiết lập ban đầu là 4-QAM. Kờnh truyền được thiết lập sao cho cơ chế thớch ứng chuyển mức điều chế khụng đạt ngưỡng phỏt 64- QAM (vỡ nếu như vậy sẽ khụng so sỏnh chọn vẹn hiệu năng BER và hiệu năng thụng lượng giữa cỏc cơ chế thớch ứng cho từng mức ngưỡng phỏt khỏc nhau).
Phõn tớch kết quả:
Hiệu năng BER:
Hiệu năng so sỏnh trong trường hợp này cũng tương tự như trường hợp đầu, hệ thống dựng nguyờn cơ chế thớch ứng chọn lọc súng mang vẫn cho hiệu năng cao nhất. Khi SNR > 32 dB ta thấy hiệu năng của hệ thống dựng cơ chế thớch ứng chuyển mức điều chế thấp nhất, vỡ hệ thống phỏt 16-QAM sẽ cú BER cao hơn mức phỏt 4-QAM cố định của hệ
Chương 6: Chương trỡnh mụ phỏng truyền dẫn OFDM thớch ứng Đồ ỏn tốt nghiệp Đại học
thống khụng thớch ứng. Hệ thống dựng cơ chế thớch ứng kết hợp đạt ngưỡng phỏt 16- QAM rất sớm (SNR > 22 dB), và hiệu năng cũng cao hơn hệ thống dựng nguyờn cơ chế chuyển mức điều chế.
Hiệu năng thụng lượng
Thụng lượng của hệ thống dựng cơ chế thớch ứng kết hợp vẫn tỏ ra ưu thế hơn hệ thống dựng cơ chế chuyển mức điều chế thụng thường, hệ thống này đạt ngưỡng phỏt 4-QAM và 16-QAM sớm hơn hệ thống dựng nguyờn cơ chế thớch ứng chuyển mức điều chế.
Hai trường hợp vừa khảo sỏt ta chưa thấy ưu điểm rừ rệt của cỏc hệ thống dựng cơ chế thớch ứng chuyển mức điều chế, tuy nhiờn với điều kiện kờnh truyền tốt hơn và mức điều chế súng mang con thiết lập ban đầu cao hơn ta sẽ thấy ưu điểm của cỏc hệ thống này.
Trường hợp 3: Mức điều chế súng mang con thiết lập ban đầu là 16-QAM.
Hiệu năng BER và hiệu năng thụng lượng trong trường hợp này được thể hiện trong giao diện dưới đõy:
Phõn tớch kết quả:
Hiệu năng BER
Trường hợp này hiệu năng so sỏnh giữa cỏc hệ thống đó khỏc xa so với hai trường hợp vừa khảo sỏt. Cỏc hệ thống dựng cơ chế thớch ứng chuyển mức điều chế đó chiếm ưu thế hơn hẳn. Nguyờn nhõn do cú sự chuyển mức điều chế từ cao xuống thấp làm BER giảm mạnh, trong khi cỏc hệ thống khụng dựng cơ chế thớch ứng chuyển mức điều chế vẫn giữ nguyờn mức điều chế cao (16-QAM). Hiệu năng của cơ chế thớch ứng kết hợp giữa chọn lọc súng mang và mức điều chế đó cao hơn cỏc hệ thống khỏc. Song khi SNR cao do hệ thống này đạt mức phỏt 64-QAM, do đú hiệu năng cú phần thấp hơn hệ thống dựng nguyờn cơ chế thớch ứng chọn lọc súng mang.
Hiệu năng thụng lượng
Trong trường hợp này vẫn cú sự khỏc nhau về thụng lượng giữa hai cơ chế thớch ứng: chuyển mức điều chế đơn thuần và kết hợp giữa chọn lọc súng mang và mức điều chế. Cơ chế thớch ứng kết hợp vẫn tỏ ra hiệu quả hơn hẳn, cả khi SNR thấp và SNR cao hơn. Đặc biệt khi SNR > 35 hệ thống dựng cơ chế thớch ứng kết hợp đó cú thể phỏt 64-QAM, trong khi hệ thống dựng nguyờn cơ chế thớch ứng chuyển mức điều chế chỉ đạt ngưỡng BER phỏt 16-QAM. Để thấy rừ ưu điểm vượt trội của hệ thống dựng cơ chế thớch ứng kết hợp giữa chọn lọc súng mang và mức điều chế ta hóy xột trường hợp mức điều chế thiết lập ban đầu là 64-QAM.
Chương 6: Chương trỡnh mụ phỏng truyền dẫn OFDM thớch ứng Đồ ỏn tốt nghiệp Đại học
Phõn tớch kết quả
Hiệu năng BER
Hiệu năng của cỏc hệ thống dựng cơ chế thớch ứng chuyển mức điều chế đó chiếm ưu thế tuyệt đối. Trong đú hệ thống dựng cơ chế thớch ứng kết hợp giữa chọn lọc súng mang
Hiệu năng thụng lượng
Trong trường hợp này cỏc hệ thống khụng dựng cơ chế chuyển mức điều chế sẽ cho thụng lượng cao nhất do giữ nguyờn mức điều chế 64-QAM. Tuy nhiờn cần lưu ý rằng, hiệu năng BER của cỏc hệ thống này thấp hơn rất nhiều so với cỏc hệ thống dựng cơ chế thớch ứng chuyển mức điều chế, do đú sẽ khụng đảm bảo QoS
6.5 Kết luận
Chương này đó giới thiệu tớnh năng của chương trỡnh mụ phỏng hệ thống truyền dẫn OFDM. Phõn tớch phương phỏp mụ phỏng tớn hiệu OFDM, phõn tớch cỏc thụng số hệ thống truyền dẫn OFDM. So sỏnh hiệu quả của cỏc hệ thống OFDM sử dụng cỏc cơ chế thớch ứng và cỏc hệ thống OFDM khụng dựng cơ chế thớch ứng, tiờu chớ so sỏnh được thể hiện thụng qua đỏnh giỏ chất lượng ảnh ban đầu và ảnh truyền qua cỏc hệ thống OFDM. Một kết quả rất quan trọng là chương này đó đỏnh giỏ hiệu năng BER và hiệu năng thụng lượng của cỏc cơ chế thớch ứng khỏc nhau thụng qua mụ phỏng, kết quả so sỏnh giữa cỏc hệ thống sử dụng cỏc cơ chế thớch ứng khỏc nhau và cỏc hệ thống khụng dựng cơ chế thớch ứng cho thấy sự kết hợp của hai cơ chế thớch ứng là thớch ứng theo mức điều chế (AQAM) và cơ chế thớch ứng chọn lọc súng mang đó đem lại hiệu năng BER cực đại đồng thời hiệu năng thụng lượng cũng cao hơn rất nhiều so với cỏc hệ thống chỉ dựng một cơ chế thớch ứng độc lập.
Kết luận Đồ ỏn tốt nghiệp Đại học
Kết luận
Đồ ỏn đó nghiờn cứu về cụng nghệ OFDM, mụ hỡnh hệ thống truyền dẫn OFDM, nghiờn cứu về cỏch tạo và thu tớn hiệu OFDM. Phõn tớch ảnh hưởng của ICI, ISI đến hiệu năng hệ thống truyền dẫn OFDM, và hiệu quả của việc dựng bộ lọc băng thụng trong việc tiết kiệm phổ tần. Một vấn đề rất quan trọng đối với hệ thống truyền dẫn vụ tuyến là đặc điểm kờnh truyền vụ tuyến cũng được nghiờn cứu, với cỏc hiệu ứng: Trải trễ, dịch Doppler, đa đường..., nghiờn cứu mụ phỏng kờnh pha đinh Rayleigh, Rice. Kết quả mụ phỏng kờnh này đó được dựng để mụ phỏng hệ thống truyền dẫn thớch ứng OFDM. Để giảm sai lỗi tại bộ quyết định đồ ỏn đó nghiờn cứu cỏc phương phỏp cõn bằng và ước tớnh kờnh, và trong kết quả mụ phỏng dựng bộ cõn bằng MMSE với cụng nghệ ước tớnh kờnh là phương phỏp FFT.
Phần cuối cựng và cũng là quan trọng nhất mà đồ ỏn đó hoàn thành đú là xõy dựng được chương trỡnh mụ phỏng một hệ thống truyền dẫn thớch ứng OFDM. Dựa trờn kết quả nghiờn cứu lý thuyết thớch ứng, và những tồn tại của cỏc phương phỏp thớch ứng đó cú như: thớch ứng theo SNR phỏt, thớch ứng theo mức điều chế (AQAM). Đồ ỏn đó đề xuất phương ỏn thớch ứng hoàn toàn mới đú là cơ chế thớch ứng chọn lọc súng mang. Nhận thấy những ưu điểm vượt trội của hai cơ chế thớch ứng đú là cơ chế chọn lọc súng mang và cơ chế thớch ứng theo mức điều chế, đồ ỏn đó mạnh dạn chọn hai cơ chế thớch ứng này để mụ phỏng. Hiệu năng của hai phương phỏp thớch ứng này được so sỏnh dựa trờn kết quả mụ phỏng và cuối cựng đồ ỏn đó kết luận sự kết hợp của hai phương phỏp thớch ứng này sẽ đem lại hiệu năng vượt trội cho hệ thống hơn bất kỳ phương phỏp thớch ứng riờng rẽ nào khỏc.
Đồ ỏn đó lựa chọn cơ chế thớch ứng chọn lọc súng mang và cơ chế thớch ứng theo mức điều chế. Cơ chế thớch ứng chọn lọc súng mang hoạt động rất hiệu quả, nhưng phương phỏp thớch ứng theo mức điều chế cần được tối ưu hơn. Trong đồ ỏn cơ chế thớch ứng theo mức điều chế sẽ thay đổi mức điều chế trờn toàn bộ cỏc súng mang con một cỏch đồng loạt và bỡnh đẳng, do đú hiệu quả mang lại chưa cao, trong thời gian tới nếu xõy dựng từng sơ đồ thớch ứng mức điều chế độc lập cho mỗi súng mang con thỡ hiệu quả mang lại sẽ cao hơn. Mặt khỏc nếu kết hợp được cụng nghệ OFDM với CDMA sẽ giải quyết triệt để được những điều kiện bất lợi của kờnh truyền vụ tuyến. Để những nghiờn cứu cú tớnh thực tế, đồ ỏn rất mong muốn xõy dựng được chương trỡnh mụ phỏng hệ thống OFDM trờn cơ sở phần cứng và sự đầu tư về tài chớnh để tiến hành thớ nghiệm trờn mụ hỡnh kờnh thực tế. Bằng những thớ nghiệm thực tế cỏc thụng số hệ thống sẽ thiết thực hơn và sẽ giỳp nghiờn cứu ứng dụng và triển khai hệ thống 4G trong trong tương lai gần.
Tài liệu tham khảo
[1]. TS. Nguyễn Phạm Anh Dũng, “Thụng tin di động thế hệ thứ 3”. Nhà xuất bản bưu điện 2002.
[2]. TS. Nguyễn Phạm Anh Dũng, “Lý thuyết trải phổ và ứng dụng”. Nhà xuất bản bưu điện 2001.
[3]. TS. Nguyễn Phạm Anh Dũng, “Giỏo trỡnh cơ sở truyền dẫn viba số”. Nhà xuất bản Bưu điện 4-2001.
[4]. Đề tài nghiờn cứu khoa học “Nghiờn cứu điều chế thớch ứng cho mỏy thu phỏt thụng
minh trong thụng tin di động“. Chủ trỡ đề tài TS. Nguyễn Phạm Anh Dũng và cỏc cộng
tỏc viờn, Hà nội 2004.
[5]. “Spectrum Auctions”, Radiocommunications Agency of UK, Online: http://www.spectrumauctions.gov.uk/auction/auction_index.htm.
[6]. “Third Generation Mobile Phone Licensing in Europe”, TIA on line, Online: http://www.tiaonline.org/international/regional/nis/licensing.cfm.
[7]. “Third Generation Mobile Phone Licensing in Europe”, TIA on line, Online: http://www.tiaonline.org/international/regional/nis/licensing.cfm.
[8]. "Adaptive techniques for multiuser OFDM", for the degree of Doctor of Philosophy
Lời cảm ơn
Em xin trõn thành cảm ơn cỏc thầy cụ giỏo trong khoa viờn thụng I và đặc biệt là cỏc thầy
cụ trong bộ mụn vụ tuyến. Em xin gửi đến thầy giỏo Ts. Nguyễn Phạm Anh Dũng và
thầy giỏo Ks. Nguyễn Viết Đảm lời cảm ơn chõn thành nhất, hai thầy đó tận tỡnh hướng dẫn em hoàn thành đồ ỏn và cung cấp cũng như hướng dẫn lựa chọn những tài liệu thiết thực đối với lĩnh vực nghiờn cứu của đồ ỏn. Xin cảm ơn gia đỡnh tụi, những người luụn bờn tụi trong lỳc khú khăn nhất, Cuối cựng xin cảm ơn bạn bố tụi những người bạn thật tốt, đó luụn cạnh tụi trong suốt thời gian qua.