IV. Tổng kết hƣơn
36 24 mi ud nh riêng (Tone Reservation)
4.1.1 Tham số hệ thống mô phỏng
+ Số sóng mang con = độ lớn 1 symbol OFDM : 64
+ K ểu đ ều hế : QPSK
+Sử dụn hai lo kênh để mô phỏn là kênh Fading Rayleigh và kênh AWGN. +Kết quả để đánh giá ở ngõ ra mô phỏn là: mức giảm PAPR đánh giá bằn đồ thì hàm phân bố tích lũy bù CCDF, đố vớ phƣơn pháp clipping có đồ thị BER dựa trên tỷ số tín h ệu trên nh ễu SNR (Signal to Noise R t o để đánh giá mức độ ảnh hƣởn clipping tớ hất lƣợn hệ thốn .
4.1.2 Sơ đồ khối hệ thống mô phỏng
Phƣơn thức Monter Carlo đƣợ sử dụn cho v ệ mô tả hệ thốn OFDM và đánh giá các thông số quan tâm. Sau đây là sơ đồ khố mô phỏn chung cho hệ thốn OFDM.
Hìn 4 1: Mô ìn mô p ng t o p ương p áp Mot r rlo
Hình 4.1 cho thấy sơ đồ ần phả mô phỏn gồm các bộ phận chính đó là máy phát, máy thu, mô hình kênh.
111
Sau đây là chi t ết sơ đồ mô phỏng ụ thể cho các khố trên.
Hìn 4 2: Sơ đồ má p át
Hìn 4 3: Mô ìn k n
Hìn 4 4: Sơ đồ má t u
4.2 Phƣơng pháp clipping để giảm PAPR
Theo lý thuyết thì b ểu thức mô tả cho quy luật clipping nhƣ sau:
( ) ( ); ( ) ( ) ; ( ) c j t S t S t A S t Ae S t A (4.1) Sc t là tín h ệu đã l pp n ; S t là tín h ệu ố ; A là mứ ắt b ên độ; ( )t là ph S t . Ngƣờ ta định n hĩ một hỉ số ọ là tỷ số ắt CR (Clipping Ratio) để đ d ện ho các ấp clipping. Tỷ số ắt CR là tỷ số giữa công suất lớn nhất giữa tín h ệu đã l pp n trên công suất trung bình tín h ệu trƣớ khi clipping.
2 2 [ ( ) ] A CR mean S t
112
Quá trình thực h ện mô phỏn cũng thực hiện các công việ nhƣ đã mô tả trong các khố đã trình bày, tuy nhiên có hai công việ thêm vào đó là:
- Thứ nhất: Sau khi biến đổ IFFT ở máy phát thì thực h ện clipping tín h ệu và vẽ đồ thị CCDF để so sánh giữa tín h ệu không clipping và các tín h ệu clipping ở các mức CR khác nhau. Quá trình clipping bằn cách thay biên độ c tín h ệu OFDM dựa trên b ểu thức (4.1).
- Thứ hai: T phía thu ta vẽ thêm b ểu đồ BER (Bit Error Rate) để so sánh BER giữa các phƣơn pháp
4.2.1 So sánh khả năng giảm PAPR
M-file có tên PAPR_clipping.m lƣu trữ chƣơng trình vẽ hàm phân bố tích lũy bù CCDF so sánh các trƣờng hợp giảm PAPR.
Hàm phân bố tích lũy bù CCDF PAPR đƣợ vẽ để đánh giá mức giảm PAPR giữa tín hiệu khôn sử dụn clipping và tín h ệu sử dụng clipping, và giữa các mức clipping khác nhau. Đối vớ v ệ đánh giá khả năn giảm PAPR phƣơn pháp này thì hai kênh AWGN và Fading Rayleigh là cho cùng kết quả vì phƣơng pháp này thự h ện vớ tín h ệu t đầu phát và không ảnh hƣởn bở kênh truyền.
113
Nhận xét: Trên đồ thị có bốn đƣờng mô tả hàm CCDF cho bốn tín h ệu đó là: tín h ệu ố , tín h ệu clip vớ CR=5, clip với CR=2, clip vớ CR=1.
Nhìn vào đồ thị nhận thấy vớ cùng mức xác suất là10-3 thì tín hiệu ố phả có PAPR lớn hơn 11dB để đ t đƣợ mức xác suất này, trong khi đó với CR=5 thì PAPR ần lớn hơn 7.8dB, CR=2 thì PAPR ần lớn hơn 4.8dB, và CR=1 thì PAPR hỉ ần lớn hơn 3dB. Điều này cho thấy khi ta clipping tín h ệu thì PAPR đƣợ giảm đán kể. Vớ CR=5 thì PAPR giảm đƣợ 3.2dB, CR=2 thì PAPR giảm đƣợ 6.2 dB, CR=1 giảm đƣợ 8dB. Có thể thấy CR càng nhỏ thì giảm PAPR càng lớn có thể ả thích là do mức clipping A càng nhỏ khi CR nhỏ và khi đó mức ắt đỉnh càng lớn và dĩ nhiên PAPR sẽ àn đƣợ giảm.
4.2.2 So sánh tỷ số BER
Có hai lo kênh truyền đƣợ mô phỏng đó là kênh truyền nh ễu trắng AWGN và kênh Fading Rayleigh có kết hợp nh ễu trắn AWGN.
So sánh tỷ số BER sẽ cho thấy sự đánh đổ giữa tỷ số BER thấp và h ệu năn sử dụn bộ khuế h đ i cao tần (phụ thuộ vào tỷ số PAPR cao hay thấp .
4.2.2.1 Kênh AWGN
M-file có tên clipping_AWGN.m mô phỏng BER vớ kênh truyền nh ễu
trắn AWGN.
114
Hình 4.6: BER ủ tín i u lipping v k ông lipping qu k n tru n WGN
Nhận xét: Hình 4.6 cho ta thấy để đ t đƣợc tỷ số BER 1 0- 3 thì tín h ệu
không clipping chỉ ần có SNR là 7dB. Nhƣng cũn để đ t đƣợ BER 1 0- 3
thì tín h ệu l pp n ở mức CR=1 ần SNR khoản 10.8dB, CR=2 cần SNR khoản 7.8dB và CR=5 ũn hỉ ần SNR là 7dB.
Nhƣ vậy khi clipping, tỷ số BER sẽ tăn lên. Để đ t đƣợ tỷ số BER mong muốn phả tăn mức SNR c a tín h ệu lên tức tăn SNR lên. Mức clipping CR càng nhỏ thì clipping càng lớn và do đó BER sẽ tăn lên vớ cùng một mức SNR. Mức CR=5 thì ta thấy BER không tăn đ ều đó cho thấy ta clippin vớ CR ở mức đ cao thì sự thay đổ BER không đán kể hay số lƣợn đỉnh cao bị l pp n là không nhiều. Và đ ều này còn chứng tỏ số lƣơng các đỉnh cao hơn nhiều lần công suất trung bình là không nh ều.
4.2.2.2 Kênh Fading Rayleigh
M-file có tên clipping_FadingRayleigh.m mô phỏn BER vớ kênh truyền nh ễu trắn Fading nh ều tia có phân bố Rayleigh.
115
Hình 4.7: BER ủ tín i u lipping v k ông lipping qu k n Fading Rayleigh
Nhận xét: Hình 4.7 cho thấy để đ t đƣợ BER 10-2 thì tín h ệu không clipping ần có SNR khoản 18dB. Còn các tín hiệu clipp n ở mức CR=5 thì ũn ốn không clipping hỉ ần SNR ở mức 18.5dB, CR=2 cần tăn SNR vớ mức rất bé và có thể em nhƣ không đán kể. CR=1 thì ần SNR là 20dB. Vậy muốn giảm BER trong trƣờn hợp clipping thì cần tăng SNR. Vớ kênh fading rayleigh thì BER đ t đƣợ cao hơn nh ều so vớ kênh hỉ có tác độn c AWGN.
4.2.2.3 So sánh BER của kênh AWGN và kênh Fading Rayleigh
M-file có tên BER_AWGN_FadingRay_clipping.m vẽ đồ thị BER so sánh BER giữa hai kênh AWGN và Fading Rayleigh khi clipping tín h ệu vớ mức CR=2.
116
Hìn 4 8: ER ủ tín i u lipping v i R =2 k i qu k n WGN v F ding Rayleigh
Nhận xét: Trên hình 4.8 cho ta kết quả mô phỏn b ểu đồ BER so sánh giữa hai kênh AWGN và Fading Rayleigh trong trƣờng hợp clipping ở mức CR=2. Từ đồ thị ta thấy ở mọ giá trị SNR thì BER kênh Fading Rayleigh luôn cao hơn BER kênh AWGN. Điều này cho thấy để đ t đƣợ một chỉ số BER thì kênh Fading Rayleigh ần ó SNR lớn hơn ví dụ
Để đ t BER là 10-3 thì vớ kênh AWGN cần có SNR là 5.5 dB, trong khi kênh Fading Rayleigh cần tới 25dB.
Vậy: Mức clipping CR càng nhỏ thì PAPR càng đƣợ giảm và tín hiệu t đầu thu có BER càng cao. Kênh Fading Rayleigh luôn cho BER cao hơn kênh nh ễu trắn AWGN.
4.3 Sử dụng phƣơng pháp lƣợc đồ chọn mức SLM
Vớ phƣơn pháp này ũn hỉ tập trung đánh giá khả năn ảm PAPR qua đồ thị CCDF.
Số symbol mô phỏn là 10000, độ lớn IFFT/FFT là Nsubc.
4.3.1 Thuật toán sử dụng lƣợc đồ chọn mức SLM
117 - T o N dãy ph khá nh u
- Nh n N dữ l ệu son son vớ N dãy ph khá nh u - B ến đổ IFFT từn dãy kết quả s u kh đã nh n ph . - Tính PAPR từn dãy và họn dãy ó PAPR nhỏ nhất.
4.3.2 Khả năng giảm PAPR
M-file có tên SLM vẽ hàm CCDF mô phỏn khả năn giảm PAPR, so sánh PAPR giữa tín h ệu ố và các trƣờn hợp sử dụng lƣợ đồ chọn mức SLM vớ số dãy pha khác nhau.
Hình 4.9: Đồ t ị àm CCDF ủ P PR k i sử dụng p ương p áp SLM
Nhận xét: Nhìn vào đồ thị hình 4.9 ta thấy cùng xác suất 10-3 tín h ệu ố đ t đƣợ xác suất này khi PAPR lớn hơn khoản 10.2 dB, khi sử dụn SLM vớ số dãy pha N=4 thì PAPR ần lớn hơn khoản 8dB, vớ số dãy pha N=10 thì PAPR ần lớn hơn khoản 6.8 dB, vớ số dãy pha N=20 thì PAPR ần lớn hơn khoản 6.1 dB. Cá kết quả này cho thấy khi sử dụn phƣơng pháp SLM thì PAPR tín h ệu đƣợ ảm ụ thể là vớ N=4 có PAPR giảm 2.2 dB, N=10 có PAPR giảm 3.4 dB, N=20 có PAPR giảm 4.1 dB.
118
4.4 Tổng kết đánh giá các phƣơng pháp giảm PAPR đã mô phỏng
Vớ phƣơn pháp clipping ta thấy vớ mức CR càng nhỏ càng cho PAPR thấp, và ó thể giảm PAPR đƣợ rất lớn, tuy nhiên ta thấy không thể giảm th ểu CR quá nhỏ vì nó sẽ gây méo d n tín hiệu lớn và làm tăn BER t đầu thu.
Vớ phƣơn pháp lƣợ đồ họn mức SLM ta thấy mức giảm PAPR phụ thuộ vào số lƣợn dãy pha, số lƣợng dãy pha càng lớn thì PAPR càng đƣợ giảm, ngoài ra ta cũn thấy vớ PAPR0<=4 dB thì xác suất ả 4 trƣờn hợp mô phỏn là bằn 1 đ ều này cho thấy giá trị PAPR bé nhất đ t đƣợ vớ phƣơn pháp này là 4dB khi sử dụn 64 sóng mang con.
Có thể so sánh định tính giữa các phƣơn pháp nhƣ sau, về khả năng giảm PAPR thì phƣơn pháp clipping có thể giảm th ểu PAPR rất lớn, PAPR có thể đ t dƣớ 4dB. Còn phƣơn pháp SLM hỉ có thể giảm th ểu PAPR đến tố th ểu là 4dB. Vậy khả năn giảm PAPR phƣơn pháp clipp n tốt hơn SLM. Ngoài ra ta thấy vớ phƣơn pháp clipping tuy PAPR đƣợ giảm th ểu nhƣng l ảnh hƣởn tớ hất lƣợn tín h ệu thu, nó làm tăn BER. Do đó để họn một phƣơn pháp giảm PAPR để áp dụn khôn thể hỉ đánh giá vào mức giảm PAPR mà ần phả quan tâm những hỉ số khác, ở đây ta cần quan tâm đến hất lƣợng tín hiệu thu.
119
KẾT LU N
Qua việc trình bày các nội dung trong bốn hƣơn , luận văn đã đƣ r những kiến thứ ơ bản ũn nhƣ h t ết về công nghệ LTE và tìm hiểu một số vấn đề k thuật chính trong hệ thốn OFDM, đó là vấn đề giảm tỷ số ôn suất đỉnh trên công suất trung bình PAPR.
Chƣơn I đã ới thiệu tổng quan về công nghệ m n LTE, á đặ đ ểm và tính năn nổi bật mà công nghệ LTE mang l i, so sánh với các công nghệ d động hiện t i. Về mặt cấu trúc, các phần tử m ng trong công nghệ LTE là sự phát triển c a công nghệ 3G với các chứ năn tƣơn tự tuy nh ên đã đƣợc tối giản hóa các chứ năn ũn nhƣ khả năn làm v ệc và hiệu quả sử dụn đối với các Node. Phƣơn thức truyền tải và truy nhập ũn ó những cải tiến đán kể để đáp ứng khả năn về truyền tải tố độ cao, phục vụ số lƣợng lớn và khả năn b o ph rộng. LTE hứa hẹn sẽ trở thành công nghệ m ng kế tiếp cho các nhà m ng t i Việt Nam trong tƣơn l ần, do đó v ệc nắm bắt công nghệ LTE là rất cần thiết để đảm bảo việc triển khai m ng viễn thông trong thời gian tới.
Chƣơn II, II và IV đã tập trung vào việc trình bày phƣơn pháp đ truy nhập OFDMA trong truy nhập đƣờng xuống nhằm cải thiện chất lƣợn đƣờng truyền. OFDMA đã thể hiện nhữn đặ tính vƣợt trội trong khả năn phân phối tài nguyên vô tuyến, hiệu suất sử dụng phổ và đặc biệt là khả năn hống chịu với các lo i nhiễu ICI, ISI ũn nhƣ trễ d n , đ đƣờn , đặc biệt là khả năn ảm tỷ số PAPR. Tuy nhiên đề tài vẫn còn nh ều h n hế khôn thể đ sâu vào từng phƣơn pháp giảm PAPR ụ thể mà hỉ có thể tìm h ểu sơ lƣợ hai phƣơn pháp chính. Quá trình mô phỏn ũng hỉ tập trung vào hai phƣơn pháp mà chƣa thể đ vào các phƣơn pháp khác. Một số phƣơn pháp giảm PAPR mớ đang đƣợ n h ên cứu và hoàn thiện, nhƣ sử dụng phép b ến đổ wavelet thay cho phép b ến đổ FFT. Tuy nhiên ứng dụn phƣơn pháp mớ này ần đƣợ kiểm chứng ụ thể hơn trong tƣơn lai.
120
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Chr stoph r Cox “ An Introdu t on to LTE/LTE, LTE-Advanced, SAE and 4G Mobile Communications”, Chr s Cox Commun t ons Ltd, UK.
[2] H rr Holm , Antt Tosk l 2009 “LTE or UMTS: OFDMA nd SC-FDMA B s d R d o A ss”, John W l y & Sons, Ltd. ISBN: 978-0-470-99401-6. [3] Erik Dahlman, Stefan Pariwall, and Johan Skiild, "4G LTE/ LTE-Advanced
for Mobile Broadband", Academic Press of Elsevier, Oxford, USA, 2011. [4] V.V j y r n n1, Dr. Suk n sh, “An ov rv w o t hn qu s or r du n p k
to average power ratio and its selection criteria for orthogonal frequency division multiplexin r d o syst ms”.
[5] S un H H n, J Hon L , “An ov rv w o p k-to-average power ratio r du t on t hn qu s or mult rr r tr nsm ss on”, St n ord Un v rs ty, Seoul National University.
[6] P. Foomoolj r on nd W.A.C. F rn ndo, “P pr r du t on n o dm syst m”. [7] H.N kook r nd K.S.L dsh m, “P pr r du t on o o dm by r ndom ph s
upd t n ”.
[8] Ch u Yun Hsu nd Horn Guo Do, “Th n w p k-to-average power reduction l or thm n th O dm syst m”.
[9] Xiao Huani, Jianhua Lu, Justin Chuang and Junl Zh n , “Comp nd n transform for the reduction of peak-to- v r pow r r t o o o dm s n ls”. [10] Zhon p n W n , Sh ozhon Zh n B nq n Q u, “P pr r du t on o o dm
s n l by us n h d m rd tr ns orm n omp nd n t hn qu s”.
[11] Peerapong Uthansakul, Sakkarin Chaokuntod and Monthippa Uthansakul. “F st dummy s qu n ns rt on m thod or p pr r du t on n w m x syst ms”.
[12] Naga Vishnukanth, member IEEE; Vijay Kumar Chakka, member IEEE, Ak nsh j n “SLM b s d PAPR r du t on o n o dm s n l using new phase s qu n ”
121
[13] C. T ll mbur nd . D. S. J y l th, “P r r du t on o n o dm s n l us n p rt l tr nsm t s qu n s”.
[14] Jos r T ll do nd Jonh M.C o , “P k pow r r du t on or mut rr r tr nsm ss on”.
[15] Brian Scott Krongold and Dou l s L. Jon s, “P r r du t on n o dm v t v onst ll t on xt ns on”.
[16] Boyd, "Multitone signals with low crest factor", IEEE trans on Circuits and systems, vol. Cas-35, no. 10 october 1986, pp. 1018-1022.
[17] Gimlin and Patisaul, "On minimizing the Peak-to-Average Power Ratio for the sum of N.sinusiods", IEEE trans. On comms, Vol. Com-41, no 4, April 1993, pp. 631-635.
[18] Popovic, "Synthesis of power efficient multitone signals with flat amplitude spectrum", IEEE trans. On comms, Vol. Com-39, No.7, July 1991, pp. 1031- 1033.
[19] T A W lk nson, Jon s “M n m s t on o th p k to m n nv lop pow r r t o
o mult rr r tr nsm ss on s h m s by blo k od n ”.
[20] Yunjun Zhang, Abbas Yongagoglu, Jean-yv s Chou n rd, L n Zh n “O dm peak power reduction by sub-blo k od n nd ts xt nd d v rs ons”.
[21] Hyo-joo Ahn, Yo n Sh n, nd Sun b n Im “A blo k od n s h m or p k- to- average power ratio reduction in an orthogonal frequency division mult pl x n syst m”.
[22] TS. Nguyễn Ph m Anh Dũn , áo trình “Lộ trình phát triển thôn t n d động 3G lên 4G”. Nhà xuất bản thông tin và truyền thông
[23] TS. Nguyễn Ph m Anh Dũn , áo trình “Lý thuyết trải phổ và đ truy nhập vô tuyến”
[24] ThS. Nguyễn Ngọc Tiến “Một số vấn đề về k thuật trong hệ thốn OFDM”,
