Hi»u n«ng BER qua k¶nh fadin ga ÷íng

Trong mët k¶nh khæng d¥y câ lan truy·n a ÷íng, t½n hi»u ÷ñc truy·n sau khi bà ph£n x¤, khóc x¤ ho°c nhi¹u x¤ bði c¡c ch÷îng ng¤i vªt câ thº ¸n m¡y thu vîi ë tr¹ thíi gian v  ë suy gi£m kh¡c nhau. º xem x²t t¡c ëng cõa lan truy·n a ÷íng l¶n hi»u n«ng BER, luªn ¡n thüc hi»n mæ phäng h» thèng

E b/N 0 (dB) 0 5 10 15 BER 10-4 10-3 10-2 10-1 100 Simulation 2T2R-IDCSK, β = 200 Simulation MIMO-DCSK, β = 200 Simulation IDCSK, β = 200 Simulation DCSK, β = 200

H¼nh 2.10: C¡c gi¡ trà BER ¤t ÷ñc tø mæ phäng theo Eb/N0 cõa 2T2R-IDCSK,MIMO-DCSK, IDCSK v  DCSK qua k¶nh Rayleigh fading. MIMO-DCSK, IDCSK v  DCSK qua k¶nh Rayleigh fading.

2T2R-IDCSK tr¶n mët mæ h¼nh k¶nh th÷íng ÷ñc sû döng, â l  mæ h¼nh k¶nh Rayleigh fading hai tia [46]. Méi ÷íng i tø «ng-ten ph¡t ¸n «ng-ten thu bao gçm hai tia, trong â tia câ chu ký truy·n ng­n nh§t ÷ñc coi l  ÷íng trüc ti¸p câ ë tr¹ b¬ng 0 v  tia cán l¤i l  tia bà tr¹ vîi ë tr¹ kh¡c khæng. Mæ h¼nh k¶nh cho ÷íng d¨n tø «ng-ten ph¡t thù j ¸n «ng-ten thu thù i ÷ñc thº hi»n trong H¼nh 2.11 vîi τ l  thíi gian tr¹ giúa hai ÷íng v  h» sè fading thäa m¢n

E[h2ij1] +E[h2ij2] = 1. C¡c t½n hi»u nhªn ÷ñc t÷ìng ùng vîi c¡c m¨u truy·n thù

k ÷ñc x¡c ành bði   r1,k r2,k  =   h111 h112 h121 h122 h211 h212 h221 h222           e1,k e1,k−τ e2,k e2,k−τ         +   n1,k n2,k  . (2.81)

H¼nh 2.11: Mæ h¼nh k¶nh Rayleigh fading hai tia cho ÷íng d¨n tø «ng-ten ph¡t thùj

¸n «ng-ten thu thùi.

hi»u truy·n, h» thèng s³ bà £nh h÷ðng bði fading chån låc t¦n sè. Lo¤i fading n y g¥y ra nhi¹u li¶n kþ hi»u (ISI), l m cho hi»u n«ng h» thèng k²m hìn.

τ 0 50 100 150 200 250 300 350 400 BER 10-4 10-3 10-2 10-1 100 Simulation 2T2R-IDCSK, β = 200, E b/N 0 = 15dB Simulation MIMO-DCSK, β = 200, Eb/N0 = 15dB Simulation IDCSK, β = 200, E b/N 0 = 15 dB Simulation DCSK, β = 200, E b/N 0 = 15 dB

H¼nh 2.12: Sü phö thuëc cõa hi»u n«ng BER theo tr¹ thíi gian τ.

º ¡nh gi¡ hi»u n«ng cõa 2T2R-IDCSK d÷îi t¡c ëng cõa ISI, c¡c mæ phäng sè ÷ñc thüc hi»n vîi tr¹ thíi gianτ lîn hìn nhi·u so vîi chu ký chipTc v  thªm ch½ lîn hìn chu ký bitTb. BER ÷ñc mæ phäng cõa 2T2R-IDCSK, MIMO-DCSK [91], IDCSK v  DCSK (vîi β = 200 v  E[h2ij1] = 0.75, E[h2ij2] = 0.25) trong c¡c tr÷íng hñp τ = 50, 150, 250 ÷ñc hiºn thà t÷ìng ùng trong H¼nh 2.13 (a), (b),

Eb/N0 (dB) (a) 0 5 10 15 BER 10-4 10-3 10-2 10-1 100 Simulation 2T2R-IDCSK, β = 200, τ = 50 Simulation MIMO-DCSK, β = 200, τ = 50 Simulation IDCSK, β = 200, τ = 50 Simulation DCSK, β = 200, τ = 50 Eb/N0 (dB) (b) 0 5 10 15 BER 10-4 10-3 10-2 10-1 100 Simulation 2T2R-IDCSK, β = 200, τ = 150 Simulation MIMO-DCSK, β = 200, τ = 150 Simulation IDCSK, β = 200, τ = 150 Simulation DCSK, β = 200, τ = 150 Eb/N0 (dB) (c) 0 5 10 15 BER 10-4 10-3 10-2 10-1 100 Simulation 2T2R-IDCSK, β = 200, τ = 250 Simulation MIMO-DCSK, β = 200, τ = 250 Simulation IDCSK, β = 200, τ = 250 Simulation DCSK, β = 200, τ = 250

H¼nh 2.13: Hi»u n«ng BER trong c¡c tr÷íng hñp tr¹ thíi gian l  (a) τ = 50, (b)

(c). Chóng ta câ thº th§y r¬ng, 2T2R-IDCSK ho¤t ëng k²m hìn, x§p x¿ v  tèt hìn so vîi MIMO-DCSK t÷ìng ùng vîi c¡c tr÷íng hñp τ = 50, 150, 250. º gi£i th½ch rã hìn v· iºm n y, sü phö thuëc cõa BER theo tr¹ thíi gian τ vîi

Eb/N0 = 15dB ÷ñc thº hi»n trong H¼nh 2.12. Câ thº th§y rã r¬ng khi ë tr¹ thíi gian t«ng l¶n, hi»u n«ng cõa 2T2R-IDCSK v  IDCSK d÷íng nh÷ khæng thay êi trong khi hi»u n«ng cõa MIMO-DCSK v  DCSK k²m i. D÷îi t¡c döng cõa ISI, c¡c th nh ph¦n khæng t÷ìng quan ÷ñc t¤o ra tø c¡c t½n hi»u bà tr¹ xu§t hi»n trong m¡y thu. èi vîi h» thèng MIMO-DCSK v  DCSK, sü gia t«ng tr¹ thíi gian d¨n ¸n sü gia t«ng cõa c¡c th nh ph¦n khæng t÷ìng quan v  gi£m c¡c th nh ph¦n t÷ìng quan trong méi chu ký bit. M°t kh¡c, t l» gi¡ trà giúa c¡c th nh ph¦n khæng t÷ìng quan v  t÷ìng quan trong bë thu 2T2R-IDCSK v  IDCSK kh¡ ên ành vîi sü thay êi cõa tr¹ thíi gian. C¡c k¸t qu£ thu ÷ñc n y chùng minh r¬ng ngo¤i trø tr÷íng hñp fading a ÷íng lüa chån t¦n sè (vîi

Tc < τ < Tb), 2T2R-IDCSK ho¤t ëng tèt hìn MIMO-DCSK tr¶n k¶nh bà £nh h÷ðng bði AWGN v  k¶nh fading khæng lüa chån t¦n sè (τ ≥Tb).

2.6. K¸t luªn ch÷ìng

Trong ch÷ìng n y, £nh h÷ðng cõa ho¤t ëng £o ng÷ñc thíi gian ¢ ÷ñc x²t ¸n trong qu¡ tr¼nh t½nh to¡n hi»u n«ng BER cõa h» thèng 2T2R-IDCSK qua k¶nh AWGN. C¡c mæ h¼nh to¡n håc mi·n thíi gian ríi r¤c cõa h» thèng nghi¶n cùu ÷ñc tr¼nh b y v  ph¥n t½ch chi ti¸t. Biºu thùc BER ch½nh x¡c ÷ñc ÷a ra b¬ng ph÷ìng ph¡p x§p x¿ Gauss düa tr¶n mët c¡ch ti¸p cªn kh¡c v· cûa sê t½nh to¡n, trong â t§t c£ c¡c m¨u hén lo¤n ëc lªp thèng k¶ vîi nhau. Hi»u n«ng BER ¤t ÷ñc b¬ng ph¥n t½ch lþ thuy¸t ÷ñc x¡c minh b¬ng mæ phäng sè. Hi»u n«ng BER cõa c¡c h» thèng qua k¶nh fading a ÷íng công ÷ñc kh£o s¡t b¬ng mæ phäng sè. Tø k¸t qu£ ¤t ÷ñc, mët sè nhªn x²t ÷ñc rót ra nh÷ sau:

ˆ Ph¥n t½ch BER cho c¡c h» thèng sû döng c¡c chuéi hén lo¤n £o ng÷ñc thíi gian c¦n ÷ñc thüc hi»n düa tr¶n mët cûa sê t½nh to¡n mîi º ÷îc l÷ñng ch½nh x¡c £nh h÷ðng cõa ho¤t ëng £o ng÷ñc thíi gian;

2T2R-IDCSK tèt hìn so vîi cõa h» thèng IDCSK. K¸t qu£ thu ÷ñc chùng minh r¬ng sì ç 2T2R-IDCSK câ thº ÷ñc ph¡t triºn º trð th nh mët gi£i ph¡p truy·n thæng düa tr¶n sü hén lo¤n cho c¡c ùng döng khæng d¥y. Nhúng °c iºm ¡ng chó þ tr¶n thº hi»n r¬ng ph÷ìng ph¡p ph¥n t½ch BER düa tr¶n cûa sê t½nh to¡n mîi cõa luªn ¡n câ thº ÷ñc ¡p döng º x¡c ành hi»u n«ng BER cho c¡c h» thèng truy·n thæng hén lo¤n sû döng c¡c chuéi hén lo¤n £o ng÷ñc thíi gian. Cûa sê t½nh to¡n ¢ · xu§t ð ch÷ìng n y s³ ÷ñc ¡p döng cho t½nh to¡n hi»u n«ng cõa h» thèng IDCSK qua k¶nh v» tinh di ëng m°t §t ð Ch÷ìng 3.

K¸t qu£ nghi¶n cùu cõa Ch÷ìng 2 ÷ñc cæng bè trong 1 b i hëi nghà quèc t¸ [C1] v  1 b i t¤p ch½ quèc t¸ [J4] nh÷ li»t k¶ ð trang 89.

Ch֓ng 3

PH…N TCH HI›U N‹NG H› THÈNG DCSK V€ IDCSK QUA K–NH V› TINH DI ËNG MT ‡T

Trong ch÷ìng n y, luªn ¡n · xu§t ¡p döng h» thèng DCSK v  IDCSK trong thæng tin v» tinh di ëng m°t §t. Mæ h¼nh to¡n håc trong mi·n thíi gian ríi r¤c cõa c¡c h» thèng ÷ñc ÷a ra º x¡c ành biºu thùc t½nh BER cho c¡c h» thèng. K¸t qu£ ¤t ÷ñc tø ph¥n t½ch lþ thuy¸t v  mæ phäng cho th§y hi»u n«ng BER cõa DCSK v  IDCSK phö thuëc v o tr¤ng th¡i k¶nh truy·n. Ngo i ra, hi»u n«ng BER cõa DCSK v  IDCSK th§p hìn so vîi c¡c ph÷ìng ph¡p i·u ch¸ truy·n thèng sû döng sâng mang i·u háa. C¦n l÷u þ r¬ng, DCSK v  IDCSK k¸ thøa nhúng ÷u iºm cõa truy·n thæng b£o mªt düa tr¶n hén lo¤n â l  kh£ n«ng chèng g¥y nhi¹u v  x¡c su§t ph¡t hi»n th§p. V¼ vªy, DCSK v  IDCSK câ thº ÷ñc sû döng nh÷ mët ph÷ìng ph¡p i·u ch¸ º t«ng c÷íng b£o mªt ð lîp vªt lþ cho ùng döng v» tinh di ëng m°t §t.

3.1. Þ t÷ðng ¡p döng DCSK v  IDCSK trong thæng tin v» tinh di ëng m°t §t

Trong thæng tin v» tinh dàch vö di ëng m°t §t, t½n hi»u t¦n sè væ tuy¸n truy·n tø v» tinh tîi m¡y thu di ëng m°t §t bà suy gi£m do suy hao trong khæng gian tü do v  £nh h÷ðng cõa t¦ng i»n ly, t¦ng èi l÷u, che khu§t v  can nhi¹u [77, 78]. Nhúng suy gi£m n y £nh h÷ðng x§u ¸n kh£ n«ng li¶n k¸t cõa h» thèng. º t«ng c÷íng kh£ n«ng li¶n k¸t, mët sè ph÷ìng ph¡p ¢ ÷ñc · xu§t nh÷ cæng su§t dü trú vªn chuyºn (link margins), i·u khiºn cæng su§t, ph¥n tªp v  tr£i phê [78]. Tr£i phê sû döng c¡c chuéi hén lo¤n ¢ ÷ñc nghi¶n cùu cho c¡c ùng döng truy·n thæng khæng d¥y trong hìn hai thªp k qua [29, 31]. Nh÷ ¢ · cªp trong Ch÷ìng 1, h» thèng khâa dàch hén lo¤n vi sai (DCSK) v  nhúng phi¶n b£n mð rëng cõa nâ ¢ ÷ñc nghi¶n cùu rëng r¢i trong c¡c ùng döng khæng d¥y. Tuy nhi¶n, vi»c ¡p döng c¡c h» thèng DCSK cho thæng tin v»

tinh di ëng m°t §t v¨n ch÷a ÷ñc nghi¶n cùu. Vîi °c t½nh b«ng rëng vèn câ, t½nh tü t÷ìng quan gièng nh÷ mët xung, t½nh t÷ìng quan ch²o th§p v  vi»c t¤o ra væ sè t½n hi»u hén lo¤n mët c¡ch d¹ d ng tø còng mët h» thèng ëng, c¡c t½n hi»u hén lo¤n ¢ ÷ñc chùng minh l  r§t phò hñp cho truy·n thæng tr£i phê. C¡c h» thèng DCSK sû döng c¡c chuéi hén lo¤n º truy·n t£i c¡c bit dú li»u, n¶n chóng k¸ thøa nhúng ÷u iºm cõa h» thèng truy·n thæng tr£i phê nh÷ kh£ n«ng chèng g¥y nhi¹u [29] v  x¡c su§t ph¡t hi»n th§p [39]. C¡c dàch vö truy·n thæng qua v» tinh ng y c ng mð rëng v  trð n¶n phê bi¸n trong t÷ìng lai. Hi»n nay, c¡c cæng ty SpaceX, OneWeb, Telesat v  Amazon ·u ang né lüc x¥y düng m¤ng v» tinh qu¾ ¤o th§p º cung c§p dàch vö Internet to n c¦u. SpaceX ¢ cæng bè k¸ ho¤ch triºn khai 12000 v» tinh º phõ sâng Internet to n c¦u. i·u n y mð ra triºn vång ph¡t triºn c¡c dàch vö thæng tin v» tinh di ëng m°t §t trong t÷ìng lai g¦n. K¶nh v» tinh l  k¶nh ph¡t qu£ng b¡, v¼ vªy c¦n câ bi»n ph¡p º hé trñ v  n¥ng cao kh£ n«ng an to n cho thæng tin truy·n qua k¶nh.

Tø nhúng ph¥n t½ch ð tr¶n, vîi þ t÷ðng ¡nh gi¡ ho¤t ëng cõa DCSK v  IDCSK trong c¡c mæ h¼nh k¶nh ch÷a ÷ñc nghi¶n cùu º câ ÷ñc âng gâp mîi, triºn vång ph¡t triºn cõa c¡c dàch vö thæng tin v» tinh di ëng m°t §t v  kh£ n«ng hé trñ b£o mªt cho lîp vªt lþ cõa kÿ thuªt i·u ch¸ düa tr¶n hén lo¤n, luªn ¡n · xu§t ¡p döng DCSK v  IDCSK cho k¶nh v» tinh di ëng m°t §t, cö thº nh÷ sau: Mæ h¼nh k¶nh Lutz, ¢ ÷ñc · cªp trong Ch÷ìng 1, ÷ñc sû döng º ¡nh gi¡ hi»u n«ng h» thèng; Mæ h¼nh to¡n håc trong mi·n thíi gian ríi r¤c v  t l» léi bit cõa c¡c h» thèng ÷ñc ÷a ra v  ph¥n t½ch chi ti¸t; Hi»u su§t n«ng l÷ñng v  phê cõa c¡c h» thèng DCSK ÷ñc t½nh to¡n v  ¡nh gi¡; X¡c minh k¸t qu£ BER ¤t ÷ñc tø ph¥n t½ch lþ thuy¸t ÷ñc thüc hi»n b¬ng mæ phäng sè tr¶n m¡y t½nh; So s¡nh hi»u n«ng BER ¤t ÷ñc tø mæ phäng giúa c¡c h» thèng DCSK v  c¡c h» thèng i·u ch¸ sâng mang i·u háa truy·n thèng công ÷ñc ÷a ra.

3.2. Mæ phäng k¶nh Lutz

Nh÷ thº hi»n trong cæng thùc (1.18), mæ h¼nh k¶nh Lutz ÷ñc mæ t£ bði c¡c qu¡ tr¼nh Rice, Rayleigh v  Lognormal. C¡c qu¡ tr¼nh n y câ thº ÷ñc biºu di¹n

bði qu¡ tr¼nh ng¨u nhi¶n Gau ÷ñc tr¼nh b y chi ti¸t trong [95]. Sì ç khèi cho mæ phäng sè cõa k¶nh ÷ñc hiºn thà trong H¼nh 3.1. C¡c tham sè K, K, mµ,

σµ, A ÷ñc coi l  tham sè ¦u v o, trong khi ¦u ra l  c¡c h m PDF cõa h» sè k¶nh v  c¡c m¨u dú li»u.

H¼nh 3.1: Sì ç khèi cõa bë mæ phäng k¶nh Lutz.

º x¡c minh bë mæ phäng k¶nh Lutz, luªn ¡n thüc hi»n so s¡nh giúa PDF cõa c¡c qu¡ tr¼nh ng¨u nhi¶n trong mæ phäng v  c¡c qu¡ tr¼nh ng¨u nhi¶n trong c¡c mæ h¼nh ph¥n t½ch. H¼nh 3.2, 3.3 v  3.4 t÷ìng ùng minh håa PDF cõa c¡c qu¡ tr¼nh Rice, Suzuki v  Lutz. Nhúng k¸t qu£ n y chùng minh r¬ng câ sü phò hñp giúa PDF cõa c¡c qu¡ tr¼nh ng¨u nhi¶n thu ÷ñc tø mæ phäng sè v  ph¥n t½ch lþ thuy¸t.

3.3. H» thèng DCSK qua k¶nh v» tinh di ëng m°t §t3.3.1. Sì ç h» thèng 3.3.1. Sì ç h» thèng

H¼nh 3.5 mæ t£ sì ç khèi cõa h» thèng nghi¶n cùu bao gçm m¡y ph¡t/thu DCSK qua k¶nh Lutz vîi t¤p ¥m Gauss tr­ng cëng AWGN.

èi vîi m¡y ph¡t DCSK ÷ñc tr¼nh b y trong H¼nh 3.5 (a), t½n hi»u ¦u ra m¡y ph¡t sk ùng vîi bit thù i ÷ñc biºu di¹n nh÷ trong cæng thùc (1.5). T½n hi»u n y ÷ñc ÷a qua k¶nh Lutz vîi AWGN nh÷ thº hi»n trong H¼nh 3.5 (b). T½n hi»u ¦u ra cõa k¶nh t÷ìng ùng vîi m¨u truy·n thùk câ thº ÷ñc biºu thà

H¼nh 3.2: PDF cõa qu¡ tr¼nh Rice.

H¼nh 3.3: PDF cõa qu¡ tr¼nh Suzuki.b¬ng b¬ng rk =αsk+nk =      αxk+nk, 1≤k ≤β, αbixk−β+nk, β < k ≤2β (3.1)

H¼nh 3.4: PDF cõa qu¡ tr¼nh Lutz.

H¼nh 3.5: Sì ç khèi cõa h» thèng DCSK: (a) M¡y ph¡t DCSK, (b) K¶nh truy·n, (c)M¡y thu DCSK. M¡y thu DCSK.

(AWGN) vîi gi¡ trà trung b¼nh b¬ng khæng v  gi¡ trà ph÷ìng sai b¬ng N0/2 v  h» sè fading (α) l  bi¸n ng¨u nhi¶n vîi h m ph¥n phèi x¡c su§t ÷ñc t½nh theo cæng thùc (1.18). L÷u þ r¬ng nghi¶n cùu n y xem x²t k¶nh câ h» sè fading chªm ÷ñc giú khæng êi trong suèt chu ký bit.

Sì ç cõa m¡y thu DCSK ÷ñc mæ t£ trong H¼nh 3.5 (c). T½n hi»u nhªn ÷ñc

rk+β ÷ñc l§y t÷ìng quan vîi phi¶n b£n tr¹ cõa t½n hi»u nhªn rk v  ÷ñc t½nh têng trong kho£ng thíi gian nûa chu ký bit Tb/2 (trong â Tb = 2βTc vîi Tc l  chu ký chip) nh÷ sau:

Di=

β X

k=1

rkrk+β. (3.2)

Düa tr¶n c¡c cæng thùc (1.6), (3.1) v  (3.2), chóng ta câ t½n hi»u quan s¡t ð ¦u ra cõa bë t÷ìng quan l 

Di= β X k=1 (αxk+nk) αbixk +nk+β =α2bi β X k=1 x2k+α β X k=1 xknk+β +bi β X k=1 xknk ! + β X k=1 nknk+β =X+Y +Z, (3.3) trong â X =α2bi β X k=1 x2k, (3.4) Y =α β X k=1 xknk+β+bi β X k=1 xknk ! , (3.5) Z = β X k=1 nknk+β. (3.6)

T½n hi»u quan s¡t n y ÷ñc ÷a ra bë quy¸t ành mùc º khæi phöc bit truy·n d¨n thùi theo qui t­c sau:

ˆ bi =      +1, n¸u Di>0, −1, n¸u Di<0. (3.7)

3.3.2. ×îc l÷ñng lþ thuy¸t t l» léi bit

Trong ph¦n n y, ph¥n t½ch hi»u n«ng BER cõa h» thèng ÷ñc ÷a ra theo c¡c gi£ thi¸t nh÷ sau: H» sè tr£i phê β câ gi¡ trà õ lîn º n«ng l÷ñng bit trung b¼nh Eb ti¸n ¸n gi¡ trà sau

Eb = 2E " β X k=1 x2k # ≈2βEx2k; (3.8) t½n hi»u hén lo¤n ÷ñc chu©n hâa vîi gi¡ trà trung b¼nh b¬ng khæng; c¡c h» sè k¶nh ëc lªp thèng k¶ vîi nhau, vîi c¡c chuéi hén lo¤n v  t¤p ¥m Gauss. Do â, c¡c th nh ph¦nX, Y v  Z trong cæng thùc (3.3) l  ëc lªp thèng k¶.

Công vîi c¡c gi£ thi¸t t÷ìng tü nh÷ trong Möc 2.4, â l  méi bit, +1 ho°c

−1, xu§t hi»n ð ¦u ra cõa nguçn dú li»u vîi x¡c su§t b¬ng nhau v  t½n hi»u quan s¡t ÷ñc ð ¦u ra cõa bë t÷ìng quan tu¥n theo ph¥n phèi Gauss, t l» léi bit vîi gi¡ trà α nh§t ành ÷ñc t½nh x§p x¿ nh÷ sau [29]:

BER(α) =1 2Pr (Di <0|bi = +1) +1 2Pr (Di>0|bi =−1) =1 2erfc E[Di|bi = +1] p 2V ar[Di|bi = +1] ! , (3.9)

trong â h m erfc(·) ÷ñc x¡c ành bði erfc (ε) = √2

π

∞

R

ε

exp −x2dx.

º ÷a ra ÷ñc biºu thùc BER, c¡c gi¡ trà trung b¼nh v  ph÷ìng sai cõa bi¸n quy¸t Di ÷ñc t½nh to¡n. Theo c¡c gi£ ành ð tr¶n, c¡c gi¡ trà thèng k¶ cõa X,