M ỤC LỤC
4.2Mô phỏng các thuật toán kỹ thuật phân tập thu anten
4.2.1.1 Lưu đồ thuật toán
Bắt đầu
Nhập sốlượng anten thu phát
Thiết lập và điều chế MQAM ma trận ký tự cần truyền
Tạo chuỗi ký tự mẫu OFDM
Tính và thiết lập ma trận nhiễu N Thiết lập ma trận kênh truyền H
A
Trang 60 Hình 4.1 Lưu đồ thuật toán Threshold Combining.
4.2.1.2 Kết quả mô phỏng
Thực hiện mô phỏng thuật toán Threshold Combining với hệ thống 1 anten phát và 2 anten thu bằng cách truyền 600 cặp symbol OFDM và tính tỷ lệ bit lỗi BER ( Bit Error Rate) với các mức tỷ số tín hiệu trên nhiễu SNR ( Signal Noise Ratio) khác nhau từ0 đến 30 dB để vẽ đồ thị. Đồng thời mô phỏng mô hình không phân tập để so sánh kết quả và rút ra nhận xét.
A
Chọn mức ngưỡng gT
SNR > gT
Chuyển mạch bộ so sánh SNR thực hiện quét ngẫu nhiên trên nhánh anten bất kì nr
Khôi phục lại tín hiệu tại sóng mang con
tương ứng i= N_fft? Tăng nr S Đ S Đ Tăng i A Giải mã tín hiệu truyền đi
So sánh tín hiệu truyền đi và tín hiệu giải mã
được để tín BER
Trang 61 v Dưới đây là kết quả mô phỏng BER của mô hình thuật toán Threshold
Combining và mô hình hệ thống không phân tập.
Hình 4.2 Biểu đồ BER của hệ thống khi không phân tập và khi có phân tập dùng kỹ thuật Threshold Combining ( TC ).
v Nhận xét: Kết quả mô phỏng cho thấy:
· Tỷ số bit lỗi BER của mô hình hệ thống sử dụng kỹ thuật phân tập Threshold
Combining tốt hơn hẳn mô hình hệ thống không phân tập. Như vậy, việc sử dụng kỹ
thuật Threshold Combining cải thiện đáng kể chất lượng của hệ thống.
· Khi tăng tỷ số tín hiệu trên nhiễu SNR lên thì tỷ số bit lỗi BER giảm đi.
v Nhận xét: Kết quả mô phỏng trên hoàn toàn phù hợp với lý thuyết về kỹ
Trang 62
4.2.2 Thuật toán Selection Combining 4.2.2.1 Lưu đồ thuật toán 4.2.2.1 Lưu đồ thuật toán
Hình 4.3 Lưu đồ thuật toán Selection Combining.
Bắt đầu (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Nhập sốlượng anten thu phát
Tạo chuỗi ký tự mẫu OFDM Thiết lập và điều chế MQAM ma trận ký
tự cần truyền
Tính và thiết lập ma trận nhiễu N
Thiết lập ma trận kênh truyền H
Xét sóng mang con thứ i
Đo tỷ số SNR trên mỗi nhánh và tìm chọn nhánh có giá trị SNR lớn nhất. Khôi phục lại tín hiệu tại sóng mang con
tương ứng
Giải mã tín hiệu truyền đi
So sánh tín hiệu truyền đi và tín hiệu giải mã được để tín BER Kết thúc i= N_fft? Đ Tăng i S
Trang 63
4.2.2.2 Kết quả mô phỏng
Thực hiện mô phỏng thuật toán Selection Combining với hệ thống 1 anten phát và 2 anten thu bằng cách truyền 600 cặp symbol OFDM và tính tỷ lệ bit lỗi BER ( Bit Error Rate) với các mức tỷ số tín hiệu trên nhiễu SNR ( Signal Noise Ratio) khác nhau từ0 đến 30 dB để vẽ đồ thị. Đồng thời mô phỏng mô hình không phân tập để so sánh kết quả và rút ra nhận xét.
v Dưới đây là kết quả mô phỏng BER của mô hình thuật toán Selection
Combining và mô hình hệ thống không phân tập.
Hình 4.4 Biểu đồ BER của hệ thống khi không phân tập và khi có phân tập dùng kỹ thuật Selection Combining ( SC ).
v Nhận xét : Kết quả mô phỏng cho thấy:
· Tỷ số bit lỗi BER của mô hình hệ thống sử dụng kỹ thuật phân tập Selection
Combining tốt hơn hẳn mô hình hệ thống không phân tập. Như vậy, việc sử dụng kỹ
thuật Selection Combining cải thiện đáng kể chất lượng của hệ thống.
· Khi tăng tỷ số tín hiệu trên nhiễu SNR lên thì tỷ số bit lỗi BER giảm đi.
Trang 64
4.2.3 Thuật toán Equal Gain Combining 4.2.3.1 Lưu đồ thuật toán 4.2.3.1 Lưu đồ thuật toán
Hình 4.5 Lưu đồ thuật toán Equal Gain Combining. Bắt đầu
Nhập sốlượng anten thu phát
Thiết lập và điều chế MQAM ma trận ký tự cần truyền
Tạo chuỗi ký tự mẫu OFDM
Tính và thiết lập ma trận nhiễu N
Thiết lập ma trận kênh truyền H
Xét sóng mang con thứ i (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Đồng pha và tổng hợp tín hiệu
Khôi phục lại tín hiệu sóng mang con
tương ứng
i= N_fft? Tăng i S
Đ
Giải mã tín hiệu truyền đi
So sánh tín hiệu truyền đi và tín hiệu giải mã được để tín BER
Trang 65
4.2.3.2 Kết quả mô phỏng
Thực hiện mô phỏng thuật toán Equal Gain Combining với hệ thống 1 anten phát và 2 anten thu bằng cách truyền 600 cặp symbol OFDM và tính tỷ lệ bit lỗi BER ( Bit Error Rate) với các mức tỷ số tín hiệu trên nhiễu SNR ( Signal Noise Ratio) khác nhau từ0 đến 30 dB để vẽ đồ thị. Đồng thời mô phỏng mô hình không phân tập để so sánh kết quả và rút ra nhận xét.
v Dưới đây là kết quả mô phỏng BER khi hệ thống sử dụng kỹ thuật EGC
Hình 4.6 Biểu đồ BER của hệ thống khi không phân tập và khi có phân tập dùng kỹ thuật Equal Gain Combining ( EGC ).
v Nhận xét Kết quả mô phỏng cho thấy:
· Tỷ số bit lỗi BER của mô hình hệ thống sử dụng kỹ thuật phân tập Equal
Gain Combining tốt hơn hẳn mô hình hệ thống không phân tập. Như vậy, việc sử
dụng kỹ thuật Equal Gain Combining cải thiện đáng kể chất lượng của hệ thống.
· Khi tăng tỷ số tín hiệu trên nhiễu SNR lên thì tỷ số bit lỗi BER giảm đi.
Trang 66
4.2.4 Thuật toán Maximal Ratio Combining 4.2.4.1 Lưu đồ thuật toán 4.2.4.1 Lưu đồ thuật toán
Hình 4.7 Lưu đồ thuật toán Maximal Ratio Combining. Bắt đầu
Nhập sốlượng anten thu phát
Thiết lập và điều chế MQAM ma trận ký tự cần truyền
Tạo chuỗi ký tự mẫu OFDM
Tính và thiết lập ma trận nhiễu N
Thiết lập ma trận kênh truyền H
Xét sóng mang con thứ i
Đồng pha, khuếch đại và tổng hợp tín hiệu
Khôi phục lại tín hiệu sóng mang con
tương ứng
i= N_fft? Tăng i S (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Đ
Giải mã tín hiệu truyền đi
So sánh tín hiệu truyền đi và tín hiệu giải mã được để tín BER
Trang 67
4.2.4.2 Kết quả mô phỏng
Thực hiện mô phỏng thuật toán Maximal Ratio Combining với hệ thống 1 anten phát và 2 anten thu bằng cách truyền 600 cặp symbol OFDM và tính tỷ lệ bit lỗi BER ( Bit Error Rate) với các mức tỷ số tín hiệu trên nhiễu SNR ( Signal Noise Ratio) khác nhau từ0 đến 30 dB để vẽ đồ thị. Đồng thời mô phỏng mô hình không phân tập để so sánh kết quả và rút ra nhận xét.
v Dưới đây là kết quả mô phỏng BER khi hệ thống sử dụng kỹ thuật MRC:
Hình 4.8 Biểu đồ BER của hệ thống khi không phân tập và khi có phân tập dùng kỹ thuật Maximal Ratio Combining ( MRC ).
v Nhận xét: Kết quả mô phỏng cho thấy:
· Tỷ số bit lỗi BER của mô hình hệ thống sử dụng kỹ thuật phân tập Maximal
Ratio Combining tốt hơn hẳn mô hình hệ thống không phân tập. Như vậy, việc sử
dụng kỹ thuật Maximal Ratio Combining cải thiện đáng kể chất lượng của hệ thống.
· Khi tăng tỷ số tín hiệu trên nhiễu SNR lên thì tỷ số bit lỗi BER giảm đi.
Trang 68
4.2.5 Mô phỏng so sánh chất lượng hệ thống khi sử dụng các kỹ thuật phân tập thu khác nhau tập thu khác nhau
Thực hiện mô phỏng so sánh chất lượng hệ thống có 1 anten phát, 2 anten thu
khi sử dụng các kỹ thuật phân tập Threshold Combining (TC), Selection Combining ( SC ), Equal Gain Combining ( EGC ), Maximal Ratio Combining (MRC ) để tìm
ra phương pháp phân tập thu tối ưu nhất chất lượng hệ thống. Sử dụng 400 cặp
symbol OFDM. Tính tỷ lệ bit lỗi BER ( Bit Error Rate) với các mức tỷ số tín hiệu
trên nhiễu SNR ( Signal Noise Ratio) khác nhau để vẽ đồ thị.
Dưới đây là kết quả mô phỏng BER khi hệ thống sử dụng bốn kỹ thuật trên:
Hình 4.9 Biểu đồ BER của hệ thống sử dụng các kỹ thuật phân tập thu khác
Trang 69 v Nhận xét: Kết quả mô phỏng cho thấy:
· Tỷ lệ bit lỗi BER khi sử dụng các kỹ thuật phân tập thu TC, SC, EGC, MRC đều giảm hơn khi không sử dụng kỹ thuật phân tập thu.
· Kỹ thuật MRC cho đồ thị BER tối ưu nhất và kỹ thuật TC cho đồ thị BER
kém nhất trong bốn phương pháp trên. Điều này là do phương pháp MRC thực hiện các khâu đồng pha, khuếch đại rồi tổng hợp tín hiệu thu được trên tất cả các anten
nhánh tại máy thu nên chất lượng tín hiệu sẽ tốt hơn đồng thời biên độ tín hiệu thu được sẽ lớn hơn. Phương pháp EGC cũng thực hiện khâu đồng pha và tổng hợp tín
hiệu trên tất cả các anten nhánh nhưng lại không khuếch đại tín hiệu để đưa đến bộ
kết hợp, do đó chất lượng tín hiệu không tốt bằng khi sử dụng phương pháp MRC.
Còn phương pháp SC thì chỉ thực hiện đo SNR trên tất cả các nhánh anten để tìm chọn nhánh có tỷ số SNR cao nhất mà không có khâu đồng pha, khuếch đại và tổng (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
hợp tín hiệu nên biên độ cũng như chất lượng tín hiệu kém hơn phương pháp MRC,
EGC. Hệ thống sử dụng phương pháp TC thì có chất lượng kém nhất vì chuyển
mạch của bộ so sánh SNR sẽ nhảy lần lượt để chọn nhánh có SNR cao nhất và khi
SNR nhánh đó giảm xuống thì bộ tổ hợp sẽ ngẫu nhiên chuyển sang nhánh khác. Do đó, phương pháp TC cho kết quả cải thiện thấp nhất so với các phương pháp còn lại.
v Kết luận :
· Kết quả mô phỏng hoàn toàn phù hợp với lý thuyết.
· Độ phức tạp trong thi công phương pháp MRC cao hơn nhiều các phương pháp EGC, SC, TC. Điều này đòi hỏi phải có những đánh giá chuyên sâu về hiệu
Trang 70
4.3 Mô phỏng thuật toán mã hóa khối không gian – thời gian STBC trong kỹ thuật phân tập phát anten kỹ thuật phân tập phát anten
4.3.1 Mô phỏng thuật toán mã hóa khối không gian – thời gian STBC với đáp ứng kênh truyền hoàn hảo ứng kênh truyền hoàn hảo
4.3.1.1 Lưu đồ thuật toán
Hình 4.10 Lưu đồ thuật toán Space – Time Block Coding. Bắt đầu
Nhập sốlượng anten thu phát
Thiết lập và điều chế MQAM ma trận ký tự cần truyền
Tạo chuỗi ký tự mẫu OFDM
Tính và thiết lập ma trận nhiễu N
Thiết lập ma trận kênh truyền H
Tín hiệu đầu thu được tổng hợp
Bộ kết hợp tạo ra tín hiệu ước lượng Bộ giải mã Maximal Likelihood thực hiện giải mã tín hiệu truyền đi từ tín hiệu
ước lượng
So sánh tín hiệu truyền đi và tín hiệu giải mã được để tính BER
Trang 71
4.3.1.2 Kết quả mô phỏng
Thực hiện mô phỏng mô hình thuật toán Space – Time Block Coding với hệ
thống có 2 anten phát và M anten thu. Sử dụng truyền 800 cặp symbol OFDM và tính tỷ lệ bit lỗi BER ( Bit Error Rate) với các mức tỷ số tín hiệu trên nhiễu SNR ( Signal Noise Ratio) khác nhau từ0 đến 20 dB để vẽđồ thị.
Số lượng anten thu là M lần lượt bằng 2; 3; 4; 6; 8 để so sánh tỷ số bit lỗi
BER thay đổi như thế nào. Đồng thời mô phỏng hệ thống không sử dụng phân tập
để thấy được hiệu quả khi sử dụng kỹ thuật STBC này.
Dưới đây là kết quả mô phỏng BER khi hệ thống sử dụng kỹ thuật STBC:
Hình 4.11 Biểu đồ BER của hệ thống dùng STBC 2 anten phát, M anten thu và hệ thống không phân tập. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
v Nhận xét: Kết quả mô phỏng cho thấy:
· Tỷ số bit lỗi BER của sơ đồ STBC giảm khi SNR cao và tỷ số này thấp hơn
hẳn so với sơ đồ hệ thống không phân tập. Như vậy, chất lượng hệ thống được cải
Trang 72 · Tỷ lệ bit lỗi BER cũng giảm khi tăng số lượng anten thu. Điều này là do khi số lượng anten thu nhiều thì khả năng thu được tín hiệu tại máy thu sẽ nhiều hơn.
v Kết luận : Kết quả mô phỏng hoàn toàn phù hợp với lý thuyết đã trình bày về kỹ thuật STBC.
4.3.2 Mô phỏng thuật toán mã hóa khối không gian – thời gian STBC có kết hợp kỹ thuật ước lượng kênh truyền ML ( Maximum Likelihood) hợp kỹ thuật ước lượng kênh truyền ML ( Maximum Likelihood)
4.3.2.1 Lưu đồ thuật toán
Hình 4.12 Lưu đồ thuật toán STBC kết hợp ước lượng kênh truyền. Bắt đầu
Nhập sốlượng anten thu phát
Thiết lập và điều chế MQAM ma trận ký tự cần truyền
Tạo chuỗi ký tự mẫu OFDM
Tính và thiết lập ma trận nhiễu N Thiết lập ma trận kênh truyền H và ước
lượng kênh truyền H theo ML
Tín hiệu đầu thu được tổng hợp Bộ kết hợp tạo ra tín hiệu ước lượng Bộ giải mã Maximal Likelihood thực hiện giải mã tín hiệu truyền đi từ tín hiệu
ước lượng
So sánh tín hiệu truyền đi và tín hiệu giải mã được để tính BER
Trang 73
4.3.2.2 Kết quả mô phỏng
Thực hiện mô phỏng hệ thống 4G có 2 anten phát và 1 anten thu sử dụng kỹ
thuật STBC kết hợp với kỹ thuật ước lượng kênh truyền ML ( Maximum Likelihood ). Sử dụng truyền 100 cặp symbol OFDM, và tính tỷ lệ bit lỗi BER ( Bit Error Rate) với các mức tỷ số tín hiệu trên nhiễu SNR ( Signal Noise Ratio) khác nhau từ0 đến 20 dB để vẽđồ thị. Đồng thời thực hiện mô phỏng hệ thống sử dung kỹ thuật STBC với đáp ứng kênh truyền hoàn hảo để so sánh chất lượng giữa hai hệ
thống.
Dưới đây là kết quả mô phỏng của hệ thống STBC với đáp ứng kênh truyền hoàn hảo và đáp ứng kênh truyền được ước lượng bởi phương pháp ML:
Hình 4.13 Biểu đồ BER của hệ thống dùng kỹ thuật STBC với đáp ứng kênh truyền hoàn hảo và đáp ứng kênh truyền đuợc ước lượng bằng kỹ thuật ML.
Trang 74 v Nhận xét: Kết quả mô phỏng cho thấy:
Hệ thống STBC có sử dụng ước lượng kênh truyền bằng phương pháp ML có đồ thị BER gần giống với hệ thống có đáp ứng kênh truyền hoàn hảo. Điều này giúp cải thiện được chất lượng hệ thống di động khi bên thu thực hiện ước lượng
được kênh truyền giữa bên thu và bên phát. Vì hệ thống di động ngoài thực tế
không thểcó được đáp ứng kênh truyền hoàn hảo như đã giảđịnh. Nên nếu bên thu muốn biết rõ được những thông tin bên phát đã phát đi thì cần phải biết được đáp ứng kênh truyền, điều này được thực hiện nhờ việc ước lượng. Tuy nhiên, việc ước
lượng cũng chỉthu được kết quả gần đúng với thực tế chứ không thể nào chính xác tuyệt đối được vì trong thông tin vô tuyến, kênh truyền fading biến đổi ngẫu nhiên và không tuân theo quy luật nào cả. Do đó mà BER hệ thống sử dụng ước lượng chỉ
gần giống với BER của hệ thống có đáp ứng kênh truyền hoàn hảo. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
v Kết luận: Kết quả mô phỏng hoàn toàn phù hợp với lý thuyết về hệ thống
Trang 75
4.3.3 Mô phỏng hệ thống STBC khi thay đổi bậc điều chế MQAM
Thực hiện mô phỏng hệ thống STBC khi thay đổi bậc điều chế MQAM. Sử
dụng truyền 500 cặp symbol OFDM, lần lượt thay đổi với giá trị M_QAM = 4 và M_QAM = 64. Tính tỷ lệ bit lỗi BER ( Bit Error Rate) với các mức tỷ số tín hiệu
trên nhiễu SNR ( Signal Noise Ratio) khác nhau để vẽ đồ thị.
Dưới đây là kết quả mô phỏng của hệ thống STBC ứng với hai trường hợp M_QAM = 4 và M_QAM = 64:
Hình 4.14 Biểu đồ BER hệ thống STBC với bậc điều chế M=4 và M=64. v Nhận xét: Kết quả mô phỏng cho thấy:
· Khi số mức điều chếcàng tăng thì tỷ lệ bit lỗi BER càng tăng ở sơ đồ STBC.
Điều này là do khi số mức điều chếtăng lên, khoảng cách giữa hai mức điều chế lân