2.1. Mã hóa mạng lớp vật lý sử dụng ánh xạ phi tuyến
2.1.3. Kết quả mô phỏng và so sánh phẩm chất
Phần này trình bày kết quả mơ phỏng phẩm chất SER và thơng lượng của phương pháp mã hóa mạng đề xuất EML-PNC. Kết quả mơ phỏng sẽ so sánh với CQ-PNC trong [67] và ML-PNC làm việc trong chế độ 2 pha hoặc ML-NC trong chế độ 3 pha truyền dẫn. Các tham số mơ phỏng được tính tốn tại nút chuyển tiếp trong pha MA, trong đó tín hiệu sử dụng điều chế 4-QAM và kênh truyền là kênh pha-đinh Rayleigh phẳng. Thông lượng được tính theo cơng thức
η = (1−FER)Rlog2M, (2.11)
trong đó, R là tốc độ truyền ký hiệu, R = 2 đối với chuyển tiếp hai chiều 2 pha, R = 1 đối với chuyển tiếp hai chiều 3 pha. Ký hiệu M là bậc điều chế,
Bảng 2.4: Thuật toán ước lượng và mã hóa mạng thích nghi EML-PNC
Bước Thực hiện
1: Bắt đầu: nhậpy, h1, h2.
2: Tính:L1 = round(h2/h1), l1 =h2/h1−L1. 3: Tính:L2 = round(h1/h2), l2 =h1/h2−L2.
4: Kiểm tra điều kiện 1, nếu|l1|<|l2|thì 5: Kiểm tra điều kiện 2, nếu |L1|2 = 1thì
6: Sử dụng phương trình ước lượng (2.9) và ánh xạ từ mãxR theo Bảng 2.1 7: Ngược lại điều kiện 2. Kiểm tra điều kiện 3, nếu|L1|2= 2 thì
8: Sử dụng phương trình ước lượng (2.9) và ánh xạ từ mãxR theo Bảng 2.2 9: Ngược lại các điều kiện 2, 3
10: Sử dụng phương trình ước lượng (2.2) và ánh xạ từ mãxR theo (2.3) 11: Kết thúc kiểm tra điều kiện 2, 3
12: Ngược lại điều kiện 1
13: Kiểm tra điều kiện 4, nếu |L2|2 = 1thì
14: Sử dụng phương trình ước lượng (2.9) và ánh xạ từ mãxR theo Bảng 2.1 15: Ngược lại điều kiện 4. Kiểm tra điều kiện 5, nếu|L2|2= 2 thì
16: Sử dụng phương trình ước lượng (2.9) và ánh xạ từ mã theo Bảng 2.2 17: Ngược lại các điều kiện 4, 5
18: Sử dụng phương trình ước lượng (2.2) và ánh xạ từ mãxR theo (2.3) 19: Kết thúc kiểm tra điều kiện 4, 5
20: Kết thúc kiểm tra điều kiện 1. 21: Kết thúc: XuấtxR
FER (Frame Error Rate) là tỷ lệ lỗi khung, với số ký hiệu trong mỗi một khung là 20 ký hiệu.
Kết quả mơ phỏng trong Hình 2.4 cho thấy, phương pháp đề xuất có phẩm chất SER tốt hơn so với các phương pháp khác cùng sử dụng 2 pha truyền dẫn. Cụ thể, tại SER=10−3, phương pháp đề xuất nhận được tăng ích SNR khoảng2,5dB so với CQ-PNC trong [67] và 2dB so với ML-PNC. Mặt khác, nếu so với hệ thống chuyển tiếp hai chiều ML-NC sử dụng 3 pha truyền dẫn, hệ thống đề xuất có phẩm chất SER tương đương khi SNR cao.
Nguyên nhân phương pháp ước lượng EML đề xuất hiệu quả hơn so với phương pháp ML truyền thống là do: trong trường hợp Lz xấp xỉ thuộc một trong các giá trị{±1,±j,±1±j}, lúc đó tồn tại các điểm trên chịm sao rất gần nhau. Giả sử có 2 điểm (tương ứng với 2 cặp tín hiệu) trên chòm sao gần sát nhau, nếu sử dụng ước lượng ML truyền thống như trong biểu thức (2.2) hoặc (2.7) để quyết định 1 điểm (tương ứng là một cặp tín hiệu) có khả năng nhất thì lỗi quyết định sẽ rất lớn. Do vậy, nút chuyển tiếp thay vì sử dụng ML để quyết định 1 trong 2 điểm này sẽ sử dụng phương pháp EML như trong biểu thức (2.9) kết hợp phép ánh xạ như trong Bảng 2.1 hoặc 2.2 để mã hóa 2 điểm tín hiệu này thành duy nhất một từ mã xR. Tại nút đầu cuối sau khi nhận được từ mã xR sẽ dựa vào thơng tin của chính nó đã phát đi trong pha đầu tiên để quyết định 1 trong 2 cặp tín hiệu nào là cặp tín hiệu hợp lý nhất. Như vậy quyền quyết định lựa chọn tín hiệu của nút đối tác lúc này không phụ thuộc vào quyền quyết định tại nút chuyển tiếp mà phụ thuộc vào quyền quyết định tại các nút đầu cuối. Do vậy độ tin cậy quyết định trong trường hợp sử dụng phương pháp EML sẽ hiệu quả hơn so với phương pháp ML truyền thống.
Hình 2.5 là kết quả so sánh thơng lượng của hệ thống đề xuất so với các hệ thống khác. Kết quả cho thấy, hệ thống sử dụng phương pháp mã hóa mạng đề xuất EML-PNC có thơng lượng cao hơn so với hệ thống sử dụng ML truyền thống và CQ-PNC trong [67]. Cụ thể, so với hệ thống sử dụng 2 pha truyền dẫn, tại SNR=15 dB, hệ thống đề xuất hiệu quả hơn CQ-PNC [67] khoảng 0,45 bít/khe thời gian và hiệu quả hơn khoảng 0,32 bít/khe thời gian khi so với ML-PNC. Nếu so với hệ thống ML-NC sử dụng 3 pha truyền dẫn, EML-PNC có thơng lượng tăng gấp 2 lần khi SNR≥30 dB.
0 5 10 15 20 25 30 35 10−3 10−2 10−1 100 SNR [dB] SER 24.5 25 25.5 26 10−2
Đề xuất EML−PNC 2 pha ML−PNC 2 pha
ML−NC 3 pha CQ−PNC [67]
Hình 2.4: So sánh phẩm chất SER tại nút chuyển tiếp của các phương pháp khác nhau.
0 5 10 15 20 25 30 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 SNR [dB]
Thơng lượng [bít/khe thời gian]
Đề xuất EML−PNC 2 pha ML−PNC 2 pha
ML−NC 3 pha CQ−PNC [67]
Hình 2.5: So sánh thông lượng tại nút chuyển tiếp của các hệ thống khác nhau.
Nhìn chung, phương pháp đề xuất đã cải thiện hiệu quả phẩm chất so với các phương pháp khác, tuy nhiên trả giá của phương pháp đề xuất EML-PNC
là có độ phức tạp cao hơn so với CQ-PNC [67] do sử dụng ước lượng ML. Nếu so sánh EML-PNC với phương pháp ML-PNC truyền thống, phương pháp đề xuất EML-PNC phải sử dụng ánh xạ phi tuyến dẫn đến chịm sao tín hiệu bị biến đổi trong quá trình truyền dẫn, trong khi đó phương pháp ML-PNC ln đảm bảo ánh xạ tuyến tính nên việc ước lượng tại các nút đầu cuối thực hiện dễ dàng hơn so với phương pháp EML-PNC.