Kết quả tỷ lệ lỗi bit không mã hóa kênh truyền

Giả thiết rằng cả tín hiệu muốn truyền đi và tín hiệu gây nhiễu được truyền qua kênh nhiễu trắng (AWGN) mà không có mã hóa kênh truyền và thực hiện phép xác định tỉ lệ lỗi bit. Nguồn gây nhiễu sử dụng cùng một dạng điều chế với tín hiệu mong muốn và được giả thiết có pha ngẫu nhiên. Tín hiệu muốn truyền đi muốn năng lượng là S, tín hiệu gây nhiễu có năng lượng là I và công suất tạp âm là N [13].

Tiến hành mô phỏng phép đo BER với mức điều chế QAM-16. Như Hình 4.1 thể hiện tỷ lệ lỗi bit với SINR, chúng ta có thể thấy rằng trong trường hợp 16-QAM, các đường cong SIR sẽ gần trùng nhau do đó tín hiệu truyền đi chỉ có tạp âm. Điều này có thể giải thích rằng, nhiễu 16-QAM không có biên độ cố định và hàm mật độ xác suất (PDF) hai chiều cho tín hiệu 16-QAM (3 vòng tròn đồng tâm) [13]

Hình 4.1 Mối quan hệ SINR, BER và SIR cho trường hợp 16-QAM 4.3 Kết quả phân tích tham số thực tế

Trong hệ thống đang phát triển có một số tham số rất quan trọng: chiều dài FFT và IFFT, số mẫu OFDM ghép thành 1 khung, ảnh hưởng của trễ đến hệ thống OFDM. Vì vậy, luận văn tiến hành thử nghiệm BER theo các hướng sau:

a) Ảnh hưởng ủa hiều ài FF và IFF l n hất lượng hệ thống:

Việc tăng chiều dài FFT tức là tăng số sóng mang con trong hệ thống OFDM. Điều này đồng nghĩa với việc hiệu suất hệ thống tăng lên tỉ lệ thuận với việc tăng chiều dài FFT. Tuy nhiên, chiều dài FFT không thể tăng một cách tùy ý vì việc tăng số sóng mang con dẫn đến yêu cầu độ phức tạp phần cứng tăng, khoảng tần số giũa hai sóng mang con giảm tỉ lệ thuận dẫn đến dễ mất trực giao giữa các sóng mang con. Điều này được thể hiện rõ nét bằng tỉ lệ lỗi bit.

Hình 4.2 tỉ lệ lỗi bít của hệ thống khi chiều dài FFT thay đổi

Trong mô phỏng, hệ thống lần lượt được thiết lập với chiều dài IFFT là 8, 16, 32, 64, 128. Các hệ thống này sẽ được đưa qua đường truyền có nhiễu với SNR = 1,..,35. Có thể thấy trên hình vẽ 4.2, chiều dài FFT càng nhỏ, ảnh hưởng của nhiễu lên hệ thống càng ít, đặc trưng bởi việc chiều dài FFT càng nhỏ, đường cong càng nằm về phía bên dưới của đường cong với chiều dài FFT lớn hơn. Với cùng một ngưỡng nhiễu BER sẽ nhỏ hơn nếu chiều dài FFT nhỏ hơn.

Phụ thuộc vào tỉ số BER mong muốn mà sẽ xác lập được chiều dài FFT tối ưu.

b) Ảnh hưởng ủa nhiễu I I l n hất lượnghệ thống.

Tuy ảnh hưởng của nhiễu ISI lên hệ thống có thể triệt bỏ được hoàn toàn khi chiều dài chuỗi bảo vệ đủ lớn, nhưng vấn đề đặt ra là chiều dài chuỗi bảo vệ là bao nhiêu thì đủ lớn, nếu chuỗi bảo vệ quá dài thì sẽ ảnh hưởng rất lớn đến hiệu suất đường truyền. Hình vẽ sau thể hiện hệ thống với chiều dài FFT = 64 bị ảnh hưởng bởi nhiễu ISI.

Hình 4.3 Tỉ lệ lỗi bít khi ảnh hưởng của nhiễu ISI thay đổi

Như hình vẽ 4.3, ảnh hưởng của nhiễu ISI tăng làm cho tỉ lệ BER tăng nhanh, dẫn đến chất lượng hệ thống giảm mạnh. Vì vậy, việc quan trọng là phải xác định được trễ kênh truyền tối đa của kênh truyền để xác định mức ảnh hưởng lên hệ thống và chọn chiều dài chuỗi bảo vệ cho hợp lý, cân bằng giữa xác xuất bị ảnh hưởng bởi nhiễu ISI và hiệu suất sử dụng đường truyền của hệ thống.

c)Ảnh hưởng ủa số mẫu kí t OFDM t ong một khung l n hất lượng hệ thống

Một trong những tham số quan trọng ảnh hưởng đến hiệu suất sử dụng đường truyền đó là số mẫu kí tự OFDM trong một khung. Số kí tự càng tăng, hiệu suất sử dụng đường truyền càng tăng. Cần tìm ra số kí tự tối đa mà vẫn đảm bảo được chất lượng hệ thống.

Hình 4.4 Tỉ lệ lỗi bít khi số mẫu OFDM trong một khung thay đổi

Như hình 4.4, chất lượng hệ thống ít bị ảnh hưởng bởi số kí tự trong một khung. Lý do rất đơn giản đó là do hệ thống mô phỏng và hệ thống sẽ thực hiện có hàm truyền không thay đổi theo thời gian, do đó kết quả trả về của hàm ước lượng kênh truyền không bị ảnh hưởng khi số kí tự tăng. Điều này sẽ thay đổi khi kênh truyền biên đổi theo thời gian.

4.4 Kết quả truyền với các dữ liệu thực tế 4.4.1 Truyền nhận với môi trường hữu tuyến 4.4.1 Truyền nhận với môi trường hữu tuyến

Hình 4.6 Ảnh nhận được

Hình 4.7 So sánh dạng tín hiệu giữa mô phỏng và thực tế

Đ nh gi kết quả:

Quan sát quá trình truyền và nhận dữ liệu trong môi trường hữu tuyến thực hiện với dữ liệu ảnh có thể thấy rằng kết quả nhận được khá hoàn chỉnh và hầu như không xuất hiện lỗi, điều này thể hiện thuật toán truyền nhận cũng như thuật toán đồng bộ được đảm bảo chính xác trong môi trường hữu tuyến.

4.4.2 Truyền nhận với môi trường vô tuyến

Hình 4.8 Kết quả truyền nhận dữ liệu text

Đ nh gi kết quả:

Quan sát quá trình truyền và nhận dữ liệu trong môi trường vô tuyến thực hiện với dữ liệu ảnh và audio có thể thấy rằng: Khả năng nhận dữ liệu chưa đáp ứng với tốc độ tính toán lý thuyết, xuất hiện các lỗi nhỏ trong quá trình nhận dữ liệu. Tuy nhiên, các lỗi này thường không thay đổi khi thực hiện thử nghiệm nhiều lần, điều này chứng tỏ thuật toán truyền tương đối tốt và lỗi phát sinh là chủ yếu do thuật toán đồng bộ chưa hoàn thiện với môi trường vô tuyến.

4.5 Kết luận chương

 Thử nghiệm thuật toán với môi trường hữu tuyến cho kết quả truyền nhận khá tốt

với cả dữ liệu text, hình ảnh và audio dung lượng nhỏ.

 Với việc thử nghiệm quá trình thu phát trong môi trường vô tuyến có thể thấy rằng:

Dữ liệu nhận được khá đầy đủ và hoàn chỉnh, tuy nhiên khả năng truyền và nhận chưa đáp ứng được tốc độ tính toán lý thuyết, xuất hiện các lỗi nhỏ trên dữ liệu nhận được ( cụ thể: lỗi ký tự với dạng dữ liệu text và tín hiệu âm thanh nhận được dè và ngắn với dữ liệu audio), nguyên nhân của hiện tượng này chủ yếu là do: thứ nhất là thuật toán truyền chưa hoàn thiện để tiến hành việc trao đổi dữ liệu với môi trường vô tuyến, thứ hai là chưa ước lượng chính xác được kênh truyền.

Chương 5 Kết luận chung

Luận văn tập trung vào việc xây dựng một hệ thống phát sử dụng kỹ thuật điều chế OFDM, việc không đi sâu vào lý thuyết kỹ thuật OFDM mà tập trung vào các mô hình truyền dẫn của kênh truyền , phân tích tỷ lệ lỗi bit và tốc độ truyền dẫn để chuẩn bị tốt nhất cho việc đưa tín hiệu OFDM lên cao tần. Đồng thời, luận văn cũng đề xuất một phương pháp đồng bộ mới để tăng hiệu suất trong việc truyền dữ liệu.

Trên cơ sở đó, luận văn đã đạt được những kết quả sau :

 Xây dựng thành công hệ thống phát OFDM trên bo mạch TMS320C6416

 Truyền thành công dữ liệu văn bản và âm thanh trong môi trường vô tuyến với giao diện được xây dựng và thiết kế bằng ngôn ngữ Microsoft Visual Basic 6.

 Đo được tín hiệu trong miền thời gian bằng Matlab, DSP,và trên bo mạch

 Đo được phổ tần số OFDM

 Đưa ra kỹ thuật ghép nối bộ nhớ để tối ưu bộ nhớ DSP

Mục tiêu của đề tài là tạo ra một sản phẩm để phục vụ cho việc giảng dạy và nghiên cứu một cách hình tượng, trực quan và bản chất kỹ thuật điều chế OFDM. Cho đến thời điểm này luận văn đã làm được hầu hết các chức năng ban đầu đề ra. Để tạo ra một sản phẩm hoàn chỉnh trong tương lai luận văn tiếp tục phải hoàn thiện một số tính năng sau:

 Hoàn thiện việc phát triển thuật toán trao đổi dữ liệu trên kênh vô tuyến

 Đối với phần đồng bộ về mặt tần số, phải thêm khối PsLL để đảm bảo tần số lấy mẫu của hai bo mạch là ổn định

 Phát triển hệ thống trên các chip có tốc độ xử lý cao như TMS320C6713 có tích hợp xử lý dấu chấm động và tăng hiệu năng tính toán đáng kể

 Đưa ra phương pháp ước lượng mới để ước lượng tín hiệu OFDM trên kênh vô tuyến được chính xác và tối ưu.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Ước lượng và cân bằng thích nghi cho kênh truyền trong hệ thống OFDM

[2] Giải thuật và lập trình– Tác giả: Lê Minh Hoàng –Đại học sư phạm Hà Nội, 1999- 2002

[3] Lý thuyết và các ứng dụng của Kỹ thuật OFDM – Tác giả: Nguyễn Văn Đức – NXB: Khoa học và kỹ thuật.

[4] Lý thuyết về kênh vô tuyến – Tác giả: Nguyễn Văn Đức – NXB: Khoa học và kỹ thuật.

[5] Real-time Digital Signal Processing, Implementations, Applications, and Experiments with the TMS320C55x – Tác giả: Sen M Kuo và Bob H Ley – NXB: JOHN WILEY & SONS.

[6] Real-time Digital Signal Processing Based on TMS320C6000 – Tác giả: Nasser Kehtarnavaz – NXB: Elsevier.

[7]Jan-Jaap van de Beek, Magnus Sandell and Per Ola Borjession, On Synchronization in OFDm Systems Using the Clyclic Prefix, June 1996

[8] Jia Liu, Erik Bergenudd, Vinod Patmanathan, Romain Masson, 2E1367- “Project Course in Signal Processing and Digital Communiaction” KTH, Stockholm, 30th

May 2005

[9] Rulph Chassaing, Digital Signal Processing and Applications with the C6713 and C6416 DSK. 2005 Ajon Wiley & Sons, INC., Publication

[10] Van Duc Nguyen, Van Luong Pham, Van Xiem Hoang , Huy Dung Han, and Huu Thanh Nguyen, “Implementation of an OFDM system based on the TMS320C6416 DSP”

[11]N.Sagias, A.Papathanassiou, P.T.Mathiopoulos, G.Tombras, “Burst Timing Synchronization for OFDM – Based LEO and MEO Wideband Mobile Satellite Systems”, National Observatory of Athens (NOA), Athens, Greece.

[12] HaiyunTang, KamY.Lau and RobertW.Brodersen , “Synchronization Schemes for Packet OFDM System”, Berkeley Wireless Research Center

[13] JEREMY LAINÉ, Interference Estimation in a Multicellular OFDMA Environment, Radio Communication Systems Lab, Dept. of Signals, Sensors and Systems Royal Institute of Technology S100 44 STOCKHOLM SWEDEN.

[14] R.W Chang, "Orthogonal Frequency Division Multiplexing", U. S. Patent 4388 455, filed in Nov. 1966, issued in Jan. 1970

[15] S.B. Weistein, P.M. Ebert, "Data Transmission by Frequency-Division Multiplexing Using the Discrete Fourier Transform", IEEE trans. Communications, vol. 10, pp. 628- 634, Oct. 1971.

PHỤ LỤC A. Thiết kế mạch phát FM cho hệ thống

Khối ph t tín hiệu t n ăng t n FM đượ thiết kế v i mụ đí h ó tính ng ụng cao nên n ưu ti n một số đặ điểm sau:

- Tín hiệu phát đi có chất lượng tốt - Nhỏ gọn

- Nguồn cung cấp phải đơn giản và tối ưu - Nguồn cung cấp 3V (2 viên pin AA 1.5V)

- Tần số phát nằm trong dải FM từ 88 – 108 Mhz. Ở đây chọn tần số phát dao động trong khoảng 97,5 0.2 MHz

ơ đồ khối:

Hình 2.30 Sơ đồ khối phát FM

Tín hiệu từ nguồn âm được đưa vào khối khuếch đại đầu vào. Khối này có nhiệm vụ khuếch đại tín hiệu âm thanh từ nguồn âm sau đó đưa sang khối điều chế. Sau khi ra khỏi khối khuếch đại đầu vào, tín hiệu được đưa vào khối điều chế. Tại đây, tần số của sóng mang tin được biến đổi dưới tác động của tín hiệu, còn biên độ và góc pha của tải tin là không đổi. Đầu ra của khối điều chế ta được tín hiệu RF. Khối tạo sóng thực chất là một mạch cộng hưởng LC. Khi tín hiệu vào thay đổi, tần số riêng của mạch cộng hưởng này thay đổi trong một dải tần theo sự biến đổi của tín hiệu. Giá trị trung tâm của dải này chính là tần số phát của mạch. ơ đồ ngu n lý khối ph t: NGUỒN ÂM KHUẾCH ĐẠI ĐẦU VÀO ĐIỀU CHẾ TẠO SÓNG Antena

Hình 2.31 Sơ đồ nguyên lý của khối phát FM C tham số ơ n: STT Ký hiệu Trị số 1 R1 22 KΩ 2 R2 1 MΩ 3 R3 10 KΩ 4 R4 47 KΩ 5 R5 470 Ω 6 C1 22 nF 7 C2 100 nF 8 C3 1 nF 9 C4 5,6 pF 10 C5 27 pF 11 C6 22 nF

12 C7 470 uF – 16V 13 Transistor C1815

14 Cuộn cảm L 130 nH

15 Biến dung C 6 – 45 pF

ính to n ho t ng khuế h đ i:

Ở đây điện trở 1MΩ vừa làm nhiệm vụ đưa thiên áp vào bazơ, vừa dẫn điện áp hồi tiếp về mạch vào. Nguyên tắc ổn định như sau : Nếu có một nguyên nhân mất ổn định nào đó làm cho dòng một chiều IC0 trên collector tăng thì điện thế

0 UBE giảm, do đó dòng định thiên bazơ 0 0 2 CE B U I R

 giảm theo, làm cho IC0giảm xuống, nghĩa là dòng tĩnh ban đầu IC0

được giữ nguyên.

UCC R I3. C R I2. 1UBE0 (2.1) Giả thiết IC I1. Từ đó suy ra

t C r P d I P   (2.2)

Để cho dòng qua R2 nhỏ, chọn R2 >> Rc và theo kinh nghiệm sao cho hạ áp chiều trên nó tối thiểu là 0,22UCC.

Do đó

Chọn transistor C1815 có độ khuếch đại khi làm việc β = 300. Điện áp 1 chiều Ucc = 3V ( lấy từ pin ).

Chọn R2 = 1MΩ, R3 = 10 KΩ.

ính to n ho khối t o sóng:

Tín hiệu sau khi qua transistor Q2 biến thiên xoay quanh 1 giá trị cố định, làm thay đổi điện áp trên tụ xoay và làm cho tần số dao động của mạch LC có sự biến đổi về tần số theo tín hiệu ra từ chân C của Q2. Trong trường hợp này đèn Q2, tụ C3, điện trở R4 tạo thành mạch phân áp CR.

Ta có Ctd RCS

Khi điện áp đặt vào bazơ của phần tử điện kháng thay đổi thì S thay đổi, và do đó tham số

td

C thay đổi làm cho tần số dao động thay đổi theo. Điều tần dùng phần tử điện kháng có thể đạt được lượng di tần tương đối.

2%

t

f f

 

Ta lựa chọn giá trị linh kiện cho phần tử điện kháng như sau 4 3 5 R C nF R   

Chọn tụ C4 là tụ hồi tiếp C-E có trị số điện dung là 5,6 pF.

Khung dao động tạo ra tần số dao động riêng chính là tần số sóng mang

1 2 f LC  

Cuộn cảm L quấn theo các thông số: bán kính lõi r = 2.5mm, số vòng quấn là 5 vòng, dây đồng có đường kính 0,61mm.

Tính giá trị điện cảm theo công thức 2 2 (9 10 ) L r I N r  

Ta được giá trị điện cảm L = 0,13uH = 130nH

Chỉnh tụ xoay tới giá trị 22pF. Có thể thay thụ xoay này bằng tụ 22pF để cố định tần số phát. Tần số phát 9 12 1 1 97,3 2 2 130.10 .22.10 f MHz LC        ính to n ông suất ph t:

Xét transistor C1815 có các thông số như sau

0 ax 0 max 0 max max max 60 50 5 150 400 CB m CE EB C C V V V V V V I mA P mW          

Công suất trong mạch của transistor được tính theo công thức

CE C

P V I

Với VCC Ung  3V, suy ra VCE VC VE  3 VE

0 4 0 0 5 0 4 0 (1 ) 0 5 B BE E B BE B EI R U I R I R U   I R Lại có UBE0 0,7V Suy ra 6 0 0 3 5 4 ( 3 0,7 24,35.10 ) 24,35 ) (1 ) 47.10 (1 100).470 BE B E U A I A R   R             0 (1 ) 0 (1 100).24,35 2459 ) E B I   I    A Nên VE IE0.R52459.106.470 1,16 V) Từ đó ta có VCE  3 VE  3 1,16 1,84 V)

Công suất phát ra của mô - đun là:

6 6 0 . . 2459.10 .1,84 4524.10 W) 4,524 W) t E CE E CE P I V I V       m ính to n l ph t:

C l ph t ủa là kho ng h l n nhất tính từ khối ph t mà t i đó tín hiệu thu đượ ó hất lượng như khi ph t đi.