Chương 5. MỘT SỐ KẾT QUẢ THỰC HIỆN CỦA ĐỀ TÀI, KÊT LUẬN VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO
5.4. Kết quả mô phỏng chất lượng truyền dẫn đường xuống của hệ thống di động 4G LTE
Trong mạng 4G LTE sử dụng hai phương pháp điều chế, OFDM cho đường xuống và SC-FDMA cho đường lên vì OFDM có chỉ số PAPR cao hơn so với phương pháp điều chế SC-FDMA nên việc sử dụng SC-FDMA sẽ tiết kiệm năng lượng cho các thiết bị di động hơn là sử dụng OFDM và việc sử dụng OFDM cho đường xuống sẽ tăng tốc độ của hệ thống.
Trong giới hạn của đề tài này tác giả chỉ tiến hành mô phỏng và đánh giá chất lượng truyền dẫn ở đường xuống (downlink) của mạng di động 4G LTE với phương pháp ghép kênh phân chia theo tần số trực giao OFDM.
Trong mạng 4G LTE sử dụng phương pháp điều chế và mã hoá thích ứng (AMC) với các sơ đồ điều chế QPSK, 16QAM, 64QAM,..với phương pháp ghép kênh phân chia theo tần số trực giao OFDM, vì vậy để mô phỏng được chất lượng truyền dẫn của đường xuống của mạng di động 4G LTE trong đề tài này sẽ tiến hành mô phỏng các phương pháp điều chế OFDM với sơ đồ điều chế QPSK, 16QAM và 64QAM và so sánh với kết quả lý thuyết đã được chứng minh trước đó.
Theo tính toán dựa vào mô tả cấu trúc vật lý của mạng LTE:
- Trong mạng LTE sử dụng các băng thông 1.4, 1.6, 3, 3.2, 5, 10,15 và 20 MHz trong cả hai đường lên và đường xuống. Đề tài này lựa chọn băng thông nhỏ nhất là 1.4MHz;
- Với băng thông truyền là 1.4MHz thì số lượng của RB sẽ là 6 và mỗi một RB sẽ có 12 sóng mang con, và mỗi khe thời gian trong đường xuống sẽ mang 7 ký hiệu OFDM. Vì vậy trên toàn băng thông sẽ có 72 sóng mang con;
- Số lượng gói tin được truyền trong một lần mô phỏng là 10.000 gói tin;
- EbN0 chọn trong khoảng từ 1 đến 45 dB;
- Để so sánh với kết quả lý luyết trong đề tài này tác giả lựa chọn kết quả lý thuyết theo các công thức sau đây:
56
Bảng 5.1. Công thức tính BER theo lý thuyết của các sơ đồ điều chế trong môi trường AWGN và Rayleigh fading một tia
Bảng 5.1. Công thức tính BER theo lý thuyết của các môi trường AWGN và Rayleigh fading một tia
Sơ đồ điều
chế AWGN
Rayleigh Fading một tia
QPSK 1
2 /
1 2
⎣
⎢
⎢
⎡
1 − 1
1 + 1 / ⎦
⎥
⎥
⎤
16QAM 3
8
2
5 / − 9
24
2 5 /
3
8 1 − 1
1 + 5/(2 /
64QAM 7 24
1
7 / − 49 384
1 7 /
7
24 1 − 1
1 + 85/(4 /
Mô hình mô phỏng bao gồm các khối: khối bên truyền, khối kênh truyền và khối bên nhận
Khối bên truyền:
- Chuổi tín hiệu đầu vào nối tiếp sẽ được tách thành N chuổi song song (N là số lượng sóng mang con);
- Thực hiện điều chế trên từng chuổi bít theo sơ đồ điều chế tương ứng (QPSK, 16QAM, 64QAM);
- Tiến hành cộng tất cả các thành phần tần số của các sóng mang thành một tín hiệu duy nhất (ghép kênh) để truyền đi trong môi trường không dây;
- Thực hiện chèn khoảng bảo vệ vào tín hiệu và truyền qua kênh truyền.
Khối kênh truyền:
- Tín hiệu được truyền qua môi trường Rayleigh fading một tia;
57
- Sau đó tín hiệu thu được sau kênh Rayleigh fading một tia tiếp tục được truyền qua môi trường AWGN.
Bên nhận:
- Tách chuổi bảo vệ khỏi tín hiệu nhận;
- Tách tín hiệu nhận được thành các thành phần tần số tạo nên nó;
- Giải điều chế tín hiệu theo sơ đồ điều chế tương ứng;
- Tính bít lỗi và tỉ lệ lỗi bít (BER) của kênh truyền;
- So sánh kết quả chỉ số BER ở trên với công thức lý thuyết.
Quá trình mô phỏng được thể hiện trong hình 5.4.
Hình 5.4. Sơ đồ quá trình mô phỏng
K Kênh AWGN B
Bộ chuyển đổi nối tieó sang song song
Modulation
C Chèn khoảng
bảo vệ
K Kênh Rayleigh
Fading
Bên phát Môi trường
truyền dẫn Chuổi tín
hiệu đầu vào Modulation
Modulation
IFFT
T Tách chuổi bảo vệ F
FFT Demodulation
Demodulation
Demodulation B
Bộ chuyển đổi song
song sang nối
tiêp T
ính lỗi BER
Bên nhận
58
Kết quả mô phỏng thể hiện trong các hình từ 5.5 đến 5.10:
Hình 5.5. Kết quả tính BER của mô phỏng đường xuống của 4G LTE với sơ đồ điều chế QPSK trong môi trường rayleigh fading một tia với băng tần 1.4MHz.
Hình 5.6. Kết quả tính BER của mô phỏng đường xuống của 4G LTE với sơ đồ điều chế QPSK trong môi trường rayleigh fading một tia với băng tần 20MHz.
59
Hình 5.7. Kết quả tính BER của mô phỏng đường xuống của mạng di động 4G LTE với sơ đồ điều chế 16QAM trong môi trường rayleigh fading một tia
Hình 5.8. Kết quả BER của đường xuống của 4G LTE với sơ đồ điều chế 64QAM trong môi trường rayleigh fading một tia
60
Hình 5.9. Kết quả chỉ số BER theo EbN0 của 3 sơ đồ điều chế trong môi trường AWGN
Hình 5.10. Kết quả chỉ số BER theo EbN0 của 3 sơ đồ điều chế trong môi trường Rayleigh fading một tia.