Giá trị BER tổng Ngưỡng BER Mức điều chế
BER> 0.2 Không thiết lập Không phát
BER ≥ 0,1 10-2 BPSK 0.1>BER ≥ 0,01 10-3 4-QAM 4 E 1 BER 01 . 0 > ≥ − 10-4 16-QAM BER 4 E 1 − > 10-5 64-QAM
Dưới đây là giao diện hoạt động của cơ chế thích ứng mức điều chế, mức điều chế được thiết lập ban đầu là 4-QAM. các tham số khởi tạo được cho trong giao diện khởi tạo phía trên như phần mơ phỏng khơng sử dụng cơ chế thích ứng.
Chương 6: Chương trình mơ phỏng truyền dẫn OFDM thích ứng Đồ án tốt nghiệp Đại học
Ta thấy chất lượng ảnh thu được sau mô phỏng tốt hơn so với trường hợp khơng dùng cơ chế thích ứng một chút, các đường xước nhỏ hơn. Tuy nhiên sự cải thiện QoS này không đáng kể, vẫn xảy ra lỗi cụm. Theo quan sát giá trị BER tổng luôn luôn > 0.01 do
đó nếu theo cơ chế thích ứng chọn mức điều chế thì sẽ ln ln khơng đạt mức phát 16-QAM.
6.3.2.3 Kết quả mơ phỏng dùng cơ chế thích ứng chọn lọc sóng mang
Dưới đây là giao diện hoạt động của cơ chế thích ứng chọn lọc sóng mang, phương pháp điều chế sóng mang con là 4-QAM, các tham số khởi tạo được cho trong giao diện khởi tạo phía trên như phần mơ phỏng khơng sử dụng cơ chế thích ứng.
Chương 6: Chương trình mơ phỏng truyền dẫn OFDM thích ứng Đồ án tốt nghiệp Đại học
Ta thấy rằng những vị trí sóng mang con có BER lớn sẽ khơng được dùng để truyền dữ liệu. Trên giao diện mô phỏng thứ nhất có bốn vị trí như vậy và trên vùng hiển thị giá trị BER của từng sóng mang ta thấy có năm vị trí cho BER thấp nhất và tất nhiên theo cơ chế thích ứng chọn lọc sóng mang thì hệ thống đã chọn năm vị trí đó để truyền dữ liệu. Nhìn vào vùng hiển thị số lượng sóng mang truyền dữ liệu người dùng ta thấy chỉ có 36 sóng mang con được sử dụng trên tổng số 100 sóng mang con dùng truyền dữ liệu. Trên giao diện thứ hai kết quả cũng tương tự, chỉ có điều là số lượng các vùng đáp ứng kênh có BER thấp nhiều hơn, khi này số lượng sóng mang có mức BER thoả mãn ngưỡng sẽ nhiều lên, có 42/ 100 sóng mang con dùng truyền dữ liệu người dùng.
Dùng cơ chế thích ứng chọn lọc sóng mang kết quả là BER tổng luôn xấp xỉ ‘0’ đối với 4-QAM, giá trị này thấp hơn nhiều so với khi khơng dùng cơ chế thích ứng.
Kết quả ảnh thu được sau khi truyền qua hệ thống AOFDM có chất lượng cao hơn rất nhiều so với hệ thống OFDM khơng dùng cơ chế thích ứng. Trên giao diện hiển thị kết quả ảnh thu ta thấy phần đầu của ảnh có vài vết xước, do ta thiết lập mảng QĐ với các phần tử toàn giá trị ‘0’, tức là lần đầu phát ta sử dụng 100 % số sóng mang hiện có, vì vậy trong lần đầu tiên BER khá cao. Tuy nhiên sau lần đầu tiên cơ chế thích ứng làm việc rất hiệu quả đã chọn lọc ra các sóng mang có BER thấp để truyền dữ liệu do đó phần ảnh thu cịn lại có chất lượng rất cao hồn tồn giống như ảnh phát. Mặc dù mức điều chế ln khơng đổi 4-QAM, trong khi đó cơ chế chuyển mức điều chế ở trên thường xuyên phát BPSK (do BER tổng cao) tức là thông lượng của cơ chế thích ứng chọn lọc sóng mang cao hơn mức điều chế trong trường hợp này.
Đến đây ta mới thấy phương pháp thích ứng theo cơ chế chọn lọc sóng mang làm việc thật hiệu quả trong trường hợp kênh tồi. Tuy nhiên khi điều kiện kênh tốt hơn thì nếu sử dụng ngun cơ chế chọn lọc sóng mang sẽ khơng hiệu quả đối với các mức điều chế cao như 16-QAM, 64-QAM, 128-QAM… Vì khi đó có trường hợp kênh đột ngột trở nên rất xấu mà ta cứ giữ ngun mức điều chế hiện thời sẽ khơng ổn vì khi đó tốc độ truyền dữ liệu sẽ rất thấp. Có trường hợp khi mức điều chế là 64-QAM nếu cứ giữ ngun mức điều chế này thì chỉ cịn dưới 10 sóng mang đảm bảo được giá trị BER ngưỡng trên tổng số 100 sóng mang mơ phỏng. Do đó tốc độ truyền dẫn sẽ cực thấp và không đảm bảo QoS đối với các dịch vụ yêu cầu tính thời gian thực. Cho nên để hiệu quả thì phương pháp thích ứng theo cơ chế chọn lọc sóng mang phải đi kèm theo cơ chế thích ứng chuyển mức điều chế.
6.3.2.3 Kết quả mô phỏng dùng kết hợp hai cơ chế thích ứng chuyển mức điều chếvà chọn lọc sóng mang và chọn lọc sóng mang
Dưới đây là trường hợp khi kết hợp hai phương pháp thích ứng trên với cùng điều kiện kênh như giao diện khởi tạo phía trên:
Ta thấy với điều kiện kênh tồi như vậy mà khi kết hợp hai phương pháp thích ứng trên thì vẫn cho phép mức điều chế lên đến 16-QAM, tất nhiên tần suất xuất hiện của
16-QAM sẽ ít hơn 4-QAM. Tuy nhiên nêu để ý thì ở mức 16-QAM, số sóng mang dùng để truyền dữ liệu sẽ rất ít thường < 50 sóng mang trên tổng số 100 sóng mang, giá trị trên giao diện mơ phỏng là 46, 58 và 24 sóng mang, những vẫn đảm bảo được tốc độ truyền dữ liệu người dùng và BER yêu cầu do mức điều chế cao và dùng kết hợp cơ chế thích ứng chọn lọc sóng mang. Điều đặc biệt là khơng có lần nào hệ thống phải chuyển mức phát BPSK. Vì điều này mà thơng lượng của cơ chế thích ứng kết hợp giữa hai cơ chế thích ứng chọn lọc sóng mang và thích ứng mức điều chế lớn hơn hẳn các cơ chế thích ứng độc lập.
Chương 6: Chương trình mơ phỏng truyền dẫn OFDM thích ứng Đồ án tốt nghiệp Đại học
Tất nhiên ảnh sẽ không thể đẹp như trong trường hợp truyền 4-QAM dùng nguyên cơ chế thích ứng chọn lọc sóng mang. Nhưng so sánh với trường hợp truyền 4-QAM mà khơng dùng một cơ chế thích ứng nào hay 4-QAM dùng nguyên cơ chế thích ứng mức điều chế thì chất lượng vẫn tốt hơn nhiều.
Qua đây ta có thể kết luận rằng một mình cơ chế chọn lọc sóng mang chỉ hoạt động tốt trong điều kiện kênh tồi. Hệ thống sẽ hoạt động tốt nhất khi kết hợp giữa hai cơ chế thích ứng chọn lọc sóng mang và chuyển mức điều chế.
6.4 Đánh giá hiệu năng của các cơ chế thích ứng thơng qua kết quả mô phỏng kết quả mô phỏng
Để quan sát hiệu năng của mỗi lần thực hiện mơ phỏng (có thể dùng hoặc khơng dùng cơ chế thích ứng), đồ án đã thiết kế giao diện hiển thị:
Hiệu năng BER của hệ thống thông qua kết quả BER trong mỗi lần phát ký hiệu (giá trị hiển thị trên nhãn 'BER' trong phần hiển thị kết quả trên giao diện mô phỏng 'OFDM_S')
Hiệu năng thông lượng của hệ thống, được đo bằng số bit/ký hiệu điều chế sóng mang con (ví dụ, 4-QAM sẽ có thơng lượng là 2 bit/ký hiệu). Thơng lượng chính là tốc độ bit truyền dữ liệu.
Giao diện hiển thị hiệu năng BER và hiệu năng thông lượng hệ thống sẽ được mở ra ngay khi kết thúc mơ phỏng q trình truyền dữ liệu, để hiển thị kết quả mô phỏng cho trường hợp mới nhất.
Dưới đây là giao diện hiển thị hiệu năng BER và hiệu năng thông lượng cho trường hợp mô phỏng hệ thống truyền dẫn OFDM kết hợp cả hai cơ chế thích ứng chọn lọc sóng mang và mức điều chế. Để xem hiệu năng thơng lượng của hệ thống, phải kích chuột vào nút thơng lượng trên phần hiển thị kết quả mô phỏng.
Để dễ dàng so sánh hiệu năng BER và hiệu năng thơng lượng của các cơ chế thích ứng khác nhau, cũng như giữa thích ứng và khơng thích ứng, đồ án đã tổng kết các lần chạy chương trình mơ phỏng khác nhau và đưa ra kết quả tổng hợp thông qua giao diện so sánh.
Kết quả hiệu năng BER và hiệu năng thông lượng của hệ thống truyền dẫn OFDM thông qua mô phỏng.
Giao diện so sánh hiệu năng và thơng lượng sẽ được mở ra khi kích chuột vào nút 'So sánh' trên giao diện đánh giá hiệu năng.
Chỉ tiêu so sánh: Gồm hai chỉ tiêu là hiệu năng (BER) và thơng lượng (BPS).
• Đối tượng so sánh: Giữa các hệ thống sử dụng các cơ chế thích ứng, và giữa hệ
thống dùng cơ chế thích ứng và hệ thống khơng dùng thích ứng.
• Phương pháp so sánh: So sánh hiệu năng BER (QoS) và hiệu năng thông lượng
(BPS) của các hệ thống trên, khi số trạng thái điều chế sóng mang con bắt đầu mơ phỏng: 4-QAM, 16-QAM, 64-QAM.
Trường hợp 1: Mức điều chế sóng mang thiết lập ban đầu là BPSK, đặc biệt để so sánh
một cách triệt để hiệu năng và thơng lượng giữa các cơ chế thích ứng, ta sẽ chọn điều kiện kênh thiết lập ban đầu sao cho hệ thống thích ứng theo mức điều chế luôn không đạt ngưỡng phát 16-QAM, với điều kiện này ta có kết quả:
Chương 6: Chương trình mơ phỏng truyền dẫn OFDM thích ứng Đồ án tốt nghiệp Đại học
Phân tích kết quả:
Hiệu năng BER:
Khi điều kiện kênh truyền tồi SNR < 17 dB hệ thống OFDM dùng cơ chế thích ứng mức điều chế và hệ thống OFDM khơng thích ứng có hiệu năng như nhau do chỉ đảm bảo SNR phát BPSK. Cũng với điều kiên kênh như vậy, hệ thống OFDM dùng cơ chế thích ứng chọn lọc sóng mang và hệ thống OFDM dùng cơ chế thích ứng kết hợp
chỉ truyền dữ liệu trên các vùng đáp ứng kênh tốt. Tuy nhiên hệ thống dùng cơ chế thích ứng kết hợp sẽ cho hiệu năng thấp hơn hệ thống dùng nguyên cơ chế chọn lọc sóng mang. Vì, hệ thống dùng cơ chế thích ứng chọn lọc sóng mang giữ nguyên mức điều chế BPSK, nhưng hệ thống dùng cơ chế thích ứng kết hợp đã đảm bảo BER phát 4 -QAM, mặt khác ở mức 4-QAM hiệu năng sẽ thấp hơn 4-QAM.
Khi điều kiện kênh truyền tốt hơn, SNR > 17 dB, ta thấy giữa các hệ thống đã có sự khác biệt rõ ràng. Hệ thống dùng nguyên cơ chế thích ứng chọn lóc sóng mang có hiệu năng cao nhất, do giữ nguyên mức điều chế BPSK và truyền dữ liệu trên vùng đáp ứng kênh tốt. Hệ thống dùng cơ chế thích ứng mức điều chế do đảm bảo BER phát 4- QAM, ở mức này sẽ cho hiệu năng thấp hơn hiệu năng của hệ thống khơng dùng thích ứng. Hệ thống dùng cơ chế thích ứng kết hợp do đảm bảo BER phát 16-QAM, ở mức này dù có cơ chế thích ứng chọn lọc sóng mang song hiệu năng vẫn thấp hơn hệ thống khơng dùng thích ứng ln giữ ngun mức điều chế BPSK. Nếu chú ý ta sẽ thấy đường thể hiện BER của các hệ thống dùng cơ chế thích ứng mức điều chế có sự nhẩy bậc. Điều này xảy ra do sự chuyển mức điều chế, ở mức điều chế cao BER bao giờ cũng cao hơn ở mức điều chế thấp.
Hiệu năng thông lượng
Đối với hệ thống không dùng một cơ chế thích ứng nào hoặc thích ứng theo cơ chế chọn lọc sóng mang sẽ có thơng lượng khơng đổi, kết quả so sánh chỉ có ý nghĩa đối với hai cơ chế thích ứng là chuyển mức điều chế (AQAM) và kết hợp giữa chọn lọc sóng mang và mức điều chế.
Khi điều kênh kênh tồi (SNR < 8 dB), hệ thống khơng thích ứng và hệ thống thích ứng theo mức điều chế có thơng lượng như nhau 1 bit/ký hiệu (các hệ thống đều phát BPSK). Song cũng với điều kiện kênh như vậy, hệ thống dùng cơ chế thích ứng kết hợp giữa chọn lọc sóng mang và mức điều chế đã có thể phát 4-QAM. Đến khi hệ thống thích ứng theo mức điều chế có thể phát ổn định 4-QAM, thì hệ thống dùng cơ chế thích ứng kết hợp đã có thể phát 16-QAM. Tuy số lần phát 4-QAM và 16-QAM tương đương nhau, nhưng như thế thông lượng của hệ thống dùng cơ chế thích ứng kết hợp cũng cao hơn rất nhiều so với các hệ thống khác. Để thấy rõ ưu điểm của các cơ chế thích ứng chuyển mức điều chế ta hãy xét điều kiện kênh truyền tốt hơn, và mức điều chế cao hơn.
Trường hợp 2: Mức điều chế sóng mang con thiết lập ban đầu là 4-QAM. Kênh truyền
được thiết lập sao cho cơ chế thích ứng chuyển mức điều chế khơng đạt ngưỡng phát 64- QAM (vì nếu như vậy sẽ khơng so sánh chọn vẹn hiệu năng BER và hiệu năng thông lượng giữa các cơ chế thích ứng cho từng mức ngưỡng phát khác nhau).
Chương 6: Chương trình mơ phỏng truyền dẫn OFDM thích ứng Đồ án tốt nghiệp Đại học
Phân tích kết quả:
Hiệu năng BER:
Hiệu năng so sánh trong trường hợp này cũng tương tự như trường hợp đầu, hệ thống dùng ngun cơ chế thích ứng chọn lọc sóng mang vẫn cho hiệu năng cao nhất. Khi SNR > 32 dB ta thấy hiệu năng của hệ thống dùng cơ chế thích ứng chuyển mức điều chế thấp nhất, vì hệ thống phát 16-QAM sẽ có BER cao hơn mức phát 4-QAM cố định
của hệ thống khơng thích ứng. Hệ thống dùng cơ chế thích ứng kết hợp đạt ngưỡng phát 16-QAM rất sớm (SNR > 22 dB), và hiệu năng cũng cao hơn hệ thống dùng nguyên cơ chế chuyển mức điều chế.
Hiệu năng thông lượng
Thơng lượng của hệ thống dùng cơ chế thích ứng kết hợp vẫn tỏ ra ưu thế hơn hệ thống dùng cơ chế chuyển mức điều chế thông thường, hệ thống này đạt ngưỡng phát 4-QAM và 16-QAM sớm hơn hệ thống dùng nguyên cơ chế thích ứng chuyển mức điều chế. Hai trường hợp vừa khảo sát ta chưa thấy ưu điểm rõ rệt của các hệ thống dùng cơ chế thích ứng chuyển mức điều chế, tuy nhiên với điều kiện kênh truyền tốt hơn và mức điều chế sóng mang con thiết lập ban đầu cao hơn ta sẽ thấy ưu điểm của các hệ thống này.
Trường hợp 3: Mức điều chế sóng mang con thiết lập ban đầu là 16-QAM.
Hiệu năng BER và hiệu năng thông lượng trong trường hợp này được thể hiện trong giao diện dưới đây:
Chương 6: Chương trình mơ phỏng truyền dẫn OFDM thích ứng Đồ án tốt nghiệp Đại học
Phân tích kết quả:
Hiệu năng BER
Trường hợp này hiệu năng so sánh giữa các hệ thống đã khác xa so với hai trường hợp vừa khảo sát. Các hệ thống dùng cơ chế thích ứng chuyển mức điều chế đã chiếm ưu thế hơn hẳn. Nguyên nhân do có sự chuyển mức điều chế từ cao xuống thấp làm BER giảm mạnh, trong khi các hệ thống khơng dùng cơ chế thích ứng chuyển mức điều chế vẫn giữ nguyên mức điều chế cao (16-QAM). Hiệu năng của cơ chế thích ứng kết hợp giữa chọn lọc sóng mang và mức điều chế đã cao hơn các hệ thống khác. Song khi SNR cao do hệ thống này đạt mức phát 64-QAM, do đó hiệu năng có phần thấp hơn hệ thống dùng ngun cơ chế thích ứng chọn lọc sóng mang.
Hiệu năng thơng lượng
Trong trường hợp này vẫn có sự khác nhau về thơng lượng giữa hai cơ chế thích ứng: chuyển mức điều chế đơn thuần và kết hợp giữa chọn lọc sóng mang và mức điều chế. Cơ chế thích ứng kết hợp vẫn tỏ ra hiệu quả hơn hẳn, cả khi SNR thấp và SNR cao hơn. Đặc biệt khi SNR > 35 hệ thống dùng cơ chế thích ứng kết hợp đã có thể phát 64-QAM, trong khi hệ thống dùng nguyên cơ chế thích ứng chuyển mức điều chế chỉ đạt ngưỡng BER phát 16-QAM. Để thấy rõ ưu điểm vượt trội của hệ thống dùng cơ chế thích ứng kết hợp giữa chọn lọc sóng mang và mức điều chế ta hãy xét trường hợp mức điều chế thiết lập ban đầu là 64-QAM.