5. Bố cục của luận án
2.2.3.2 Các kịch bản và kết quả mô phỏng
a. Ước lượng tín hiệu khi SNR thay đổi
Cấu hình của ăng-ten mảng được lựa chọn là ULA với số lượng các phần tử tương ứng kiến trúc Massive MIMO là 32 phần ửt , kho ng cách gi a hai ph n t là ả ữ ầ ử
/2.
Tín hiệu mô phỏng có tần số = 5 , /2 = 3 , s mố ẫu mô phỏng = 10000 mẫu, độ m ở = /2. Góc hướng sóng tới của tín hiệu là 300. Góc hướng
sóng tới của can nhiễu là 30 . Nhiễu tác động đồng đều lên các phần tử. Số mô phỏng Monte Carlo là - = 200. khĐể ảo sát NRMSE theo tỉ ố s SNR thì tỉ ố s INR = 0 , SNR biến đổi trong hai miền từ [ 10 ÷ 10 ] và miền thấp [ 30 ÷ 10 ].Mục đích chia hai miền là để khảo sát hiệu ứng của các loại định hướng búp sóng trong trường hợp tín hiệu vượt trội nhiễu và vùng tín hiệu yếu.
2
Bảng 2.1. Các tham số mô phỏng ứng với các kịch bản mô phỏng khi SNR thay đổi
[64][65]
Tham số mô phỏng Đơn vị Thông số
Tần số sóng mang fc GHz 5 khi SNR [-10dB÷10dB] 1,575 khi SNR [-30dB÷-10dB]
Góc DOA tín hiệu Độ 30
Tỉ số SNR dB [-10dB÷10dB],[-30dB÷-10dB]
Độ lệch chuẩn của nhiễu băng rộng
AWGN n(t) có trị trung bình không V 1
Loại can nhiễu CW (nhiễu sóng mang liên tục) / Wideband Góc sai lệch giữa DOA của tín hiệu
và của can nhiễu Độ 60
Tỉ số INR dB 0
Tỉ số SIR dB SIR[ ] =SNR[ ] INR[ ]
Số nguồn can nhiễu 1
Cấu hình ăng ten mảng- ULA
Số lượng các phần tử M 32
Số mẫu N Mẫu 10000
Độ phân giải mẫu và trọng số búp
sóng bit 32 (complex double)
Monte-Carlo Q 200
Khoảng cách giữa các phần tử d /2
Độ mở L = /2
Hiệu năng của hệ thống khi SNR thay đổi từ -30 ÷10dB với 4 phương pháp tối ưu MVDR, LCMV, Frost Beamformer và giảm bậc Min Max được- trình bày trên hình 2.4. Từ kết quả mô phỏng nghiên cứu sinh nhận thấy, khi tỷ số tín hiệu trên nhiễu SNR thấp (trong khoảng từ -30 ÷ -15dB), tức trong miền tín hiệu yếu định hướng búp sóng bằng phương pháp tối thiểu hóa búp sóng dựa trên tối ưu Min Max cho kết quả - tốt hơn. Tức là, hệ thống bền vững hơn. Nhưng, tại miền tín hiệu có SNR lớn hơn (trong khoảng từ -15 ÷ 10dB) thì phương pháp MVDR và LCMV cho kết quả tốt hơn.
b. Ước lượng tín hiệu khi SIR thay đổi
Kịch bản mô phỏng này nhằm mục đích xem xét sự thay đổi tỉ số công suất tín hiệu trên can nhiễu để khảo sát hiệu năng của hệ thống dưới tác động của can nhiễu. Trong trường hợp này, góc tới của tín hiệu, góc tới của can nhiễu không thay đổi. Tần số sóng mang được đặt cố định là 5GHz. Tỉ số SNR cố định là 0dB, lưu ý INR[ ] = ISR[ ]+SNR[ ]. Tỉ số SIR được cho chạy trong khoảng [ 10 ÷ 10 ].
Bảng 2.2. Các tham số mô phỏng ứng với các kịch bản mô phỏng khi SIR thay đổi
[64][65]
Tham số mô phỏng Đơn vị Thông số
Tần số sóng mang fc GHz 5
Góc DOA tín hiệu Độ 30
Tỉ số SNR dB 0
Loại can nhiễu CW (nhiễu sóng mang liên tục)
/ Wideband Độ lệch chuẩn của nhiễu băng rộng
AWGN n(t) có trị trung bình không V 1 Góc sai lệch giữa DOA của tín hiệu
và của can nhiễu Độ 60
Tỉ số INR dB INR[ ] = ISR[ ] +SNR[ ]
Tỉ số SIR dB [ 10 ÷ 10 ].
Số nguồn can nhiễu 1
Cấu hình ăng ten mảng- ULA
Số lượng các phần tử M 32
Số mẫu N Mẫu 10000
Độ phân giải mẫu và trọng số búp
sóng bit 32 (complex double)
Monte-Carlo Q 200
Khoảng cách giữa các phần tử d
Độ mở L = /2
Kết quả mô phỏng được trình bày trên hình 2. thể hiện sự thay đổi NRMSE 5
của hệ thống sử dụng các phương pháp tối ưu khác nhau khi SIR thay đổi. Trong trường hợp này khi thay đổi SIR, đặc tính của hệ thống định hướng búp sóng theo phương pháp MVDR và LCMV cho kết quả tốt nhất, trong khi đó, phương pháp tối ưu bền vững theo tiêu chí Min-Max lại cho kết quả xấu.
Hình 2.5.Đồ thị biến thiên của NRMSE khi SIR thay đổi
c. Ước lượng tín hiệu khi thay đổi góc sai lệch giữa góc tới của tín hiệu và góc tới của can nhiễu
Trong kịch bản mô phỏng này, các thông số về tín hiệu, cấu hình hệ thống và can nhiễu không thay đổi, chỉ thay đổi góc lệch giữa góc tới của tín hiệu và góc tới của can nhiễu nhằm khảo sát sự phụ thuộc của hiệu năng hệ thống đặc biệt khi góc tới của can nhiễu gần với góc tới của tín hiệu. Các thông số của mô phỏng được mô tả trong bảng 2.3.
Bảng 2.3. Các tham số mô phỏng ứng với các kịch bản mô phỏng khi SIR thay đổi
[64][65]
Tham số mô phỏng Đơn vị Thông số
Tần số sóng mang fc GHz 5
Góc DOA tín hiệu Độ 30
Tỉ số SNR dB 0
Loại can nhiễu CW (nhiễu sóng mang liên tục) /
Độ lệch chuẩn của nhiễu băng rộng AWGN n(t) có trị trung
bình không V 1
Góc sai lệch giữa DOA của tín
hiệu và của can nhiễu Độ [-10÷10]
Tỉ số INR dB 5
Tỉ số SIR dB SIR[ ] =SNR[ ] INR[ ]
Số nguồn can nhiễu 1
Cấu hình ăng ten mảng- ULA
Số lượng các phần tử M 32
Số mẫu N Mẫu 10000
Độ phân giải mẫu và trọng số
búp sóng bit 32 (complex double)
Monte-Carlo Q 200
Khoảng cách giữa các phần tử d /2
Hình 2.6.Đồ thị biến thiên của NRMSE khi góc sai lệch giữa hướng sóng tới của tín hiệu và của can nhiễu thay đổi
Hiệu năng của hệ thống khi thay đổi góc sai lệch giữa hướng sóng tới của tín hiệu và của can nhiễu với các phương pháp tối ưu khác nhau được đánh giá thông qua kết quả mô phỏng trong hình 2.6. Các kết quả mô phỏng cho thấy, phương pháp tối ưu bền vững không thay đổi khi thay đổi chênh lệch góc sóng tới trong khi phương pháp MVDR chịu ảnh hưởng nhiều nhất.
d. Ước lượng tín hiệu khi thay đổi số lượng ăng-ten
Kịch bản mô phỏng này sẽ thay đổi số lượng các ăng-ten trong khi tất cả các thông s còn lố ại không thay đổi. Các tỉ ố s = 0 , = 0 . Cấu hình mô phỏng là ULA, số lượng ăng- ten thay đổi là 2( = 2 ÷ 7), tức số ăng-ten từ 4 đến 128. Các thông số của mô phỏng được mô tả trong bảng 2.4.
Bảng 2.4. Các tham số mô phỏng ứng với các kịch bản mô phỏng khi thay đổi số lượng ăng-ten [64][65]
Tham số mô phỏng Đơn vị Thông số
Tần số sóng mang fc GHz 5
Góc DOA tín hiệu Độ 30
Tỉ số SNR dB 0
Loại can nhiễu CW (nhiễu sóng mang liên tục) / Wideband Độ lệch chuẩn của nhiễu băng
rộng AWGN n(t) có trị trung
bình không V 1
Góc sai lệch giữa DOA của
tín hiệu và của can nhiễu Độ 60
Tỉ số INR dB 0
Tỉ số SIR dB SIR[ ] = SNR[ ] INR[ ]
Số nguồn can nhiễu 1
Cấu hình ăng ten mảng- ULA Số lượng các phần tử M [8÷128]
Số mẫu N Mẫu 10000
Độ phân giải mẫu và trọng số
búp sóng bit 32 (complex double)
Khoảng cách giữa các phần tử
d /2
Độ mở L = /2
Hiệu năng của hệ thống được minh họa trong hình 2.7 khi thay đổi số lượng ăng ten với các phương pháp tối ưu khác nhau Kết quả mô phỏng cho thấy khi- . thay đổi số lượng ăng-ten thì phương pháp tối ưu Min Max cho thấy hiệu năng không tốt - bằng các phương pháp còn lại MVDR, LCMV, FrostBeamformer. Ngoài ra khi số lượng ăng ten lớn hơn 72 thì hiệu năng của hệ thống không thay đổi nhiều- với các phương pháp tối ưu này. Do vậy, trong trường hợp thay đổi số lượng ăng-ten cần phải phối hợp phương pháp định hướng búp sóng với phương pháp ghép kênh không gian nhằm nâng cao tốc độ truyền dẫn.
Hình 2.7.Đồ thị biến thiên của NRMSE theo số lượng ăng-ten