Nguyên lý điều chế thích nghi cho kênh fading băng hẹp là: trong một kênh băng hẹp, SNR có thể thay đổi đột ngột. Nguyên lý chung của điều chế thích nghi là sử dụng một kiểu điều chế mức cao hơn, khi đặc tính kênh thuận lợi để tăng tốc độ truyền dẫn và ngược lại, một kiểu điều chế thấp hơn được yêu cầu. Khi đặc tính kênh thấp. Điều này đạt được tại một tốc độ symbol không đổi, bất chấp kiểu điều chế được lựa chọn và từ đây băng thông yêu cầu không thay đổi.
Khảo sát tiêu chuẩn và phương pháp để lựa chọn mô hình điều chế của bộ phát. Tiêu chuẩn được sử dụng bởi Torrance [2] là công suất thu được tức thời, được đánh giá bằng việc khảo sát sự tương hỗ của kênh trong môi trường TDD (Time Division Duplex). Việc đánh giá này được sử dụng để lựa chọn một kiểu điều chế có thể nhờ so sánh đánh giá đặc tính kênh dựa vào một mức ngưỡng chuyển mạch được xác lập ln. Ví dụ: nếu như công suất thu được đánh giá tức thời giữa hai giá trị l1 và l2, BPSK được chọn lựa cho khung truyền tiếp theo. Tuy nhiên, khi công suất thu tức thời thấp hơn l1, việc truyền dẫn có thể không cho phép truyền.
Hình 2. 3: Đặc tính của SNR trong kênh băng hẹp, được sử dụng để chọn lựa các sơ đồ
tiếp theo.
Điều chế thích nghi thu được tốc độ truyền cực đại. Điều này đạt được, khi một mô hình điều chế mức cao hơn được sử dụng, nếu như SNR thuận lợi (tăng). Ngược lại, sơ đồ cũng tối ưu hoá BER trung bình do sử dụng một mô hình điều chế mạnh hơn, khi đặc tính kênh giảm. Điều này có sự trao đổi (trade- off) giữa BER trung bình và BPS. Sự trao đổi này được điều chỉnh nhờ giá trị của các ngưỡng chuyển mạch ln. Khi các giá trị này giảm, xác suất sử dụng các mô hình điều chế cao hơn tăng lên, vì vậy thực hiện BPS tốt hơn. Ngược lại, nếu như các giá trị lntăng, các mô hình điều chế mức thấp hơn được sử dụng thường xuyên hơn kết quả BER trung bình được cải thiện.
2.4.1. Điều khiển công suất trên kênh fading băng hẹp.
Điều khiển công suất trong điều chế thích nghi trên một kênh băng hẹp. Ngưỡng cơ bản điều khiển công suất chỉ được sử dụng, khi công suất thu được ở trong phạm vi trung tâm của các ngưỡng chuyển mạch của điều chế thích nghi
1 4
l −l , và phạm vi này được gọi là miền điều khiển công suất (PCZ-Power
Control Zone). Độ rộng của phạm vi này được điều khiển bởi dãi động k cực đại để điều khiển công suất. Vậy, nếu SNR thu trong phạm vi của PCZ, điều khiển công suất được sử dụng, ở đây công suất phát có thể tăng hoặc giảm trong phạm vi cực đại của dải động k, công suất phát có thể không thay đổi.
Hình 2.4: Sơ đồ ngưỡng điều khiển công suất
Các miền điều khiển công suất được xác định bởi các ngưỡng chuyển mạch
n
l và phạm vi dãi động cực đại k của sơ đồ điều khiển công suất ngưỡng.
Mục đích chính sử dụng ngưỡng cơ bản sơ đồ điều khiển công suất để tối ưu hệ thống trong điều chế thích nghi, ví dụ: nếu như mức SNR thu được thấp hơn một ngưỡng chuyển mạch thích nghi thực tế, công suất phát có thể tăng để chắc chắn rằng SNR thu thực tế ở trên mức ngưỡng thích nghi thực tế. Do vậy, một mô hình điều chế mức cao hơn có thể được sử dụng, mức SNR thu được phải trên mức ngưỡng chuyển mạch thích nghi, công suất phát có thể giảm đi, để sử dụng một mô hình điều chế mức thấp hơn. Vậy chắc chắn rằng BER được cải thiện. Một thuận lợi khác sử dụng sơ đồ điều khiển công suất trên các ngưỡng cơ bản sẽ giảm sự chuyển mạch kiểu điều chế của máy phát. Sơ đồ này được sử dụng dể duy trì mô hình điều chế trước tăng hoặc giảm công suất bộ phát, bất cứ khi nào mức chuyển mạch SNR thu được nằm trong phạm vi của miền điều khiển công suất. Điều khiển công suất dựa trên mức ngưỡng cơ bản có thể sử dụng để cải tiến thực hiện điều chế thích nghi trong giới hạn BER, BPS trung bình và chuyển mạch điều chế.
2.4.2. Ngưỡng điều khiển công suất để cải thiện thực hiện tỷ số lỗi bít
Sơ đồ điều khiển công suất với ngưỡng cơ bản được tối ưu hoá để đạt được sự cải thiện BER trung bình. Bất kỳ mức SNR thu được trên ngưỡng chuyển mạch, nhưng nằm trong phạm vi dãi động điều khiển công suất, công suất phát giảm để đảm bảo rằng một kiểu điều chế thấp hơn được sử dụng. BER được cải thiện do sử dụng một kiểu điều chế mạnh hơn.
Trên cơ sở tiêu chuẩn này, một bảng chuyển tiếp kiểu điều chế thích nghi có thể được công thức hoá như trong bảng 2
Điều chế trước. Không truyền (KT) BPSK QPSK 16QAM 64QAM Mức SNR Thấp hơn 1 l −k KT KT KT KT KT 1 1 l − →k l KT KT KT KT KT 1 1 l → +l k KT↓ KT↓ KT↓ KT↓ KT↓ 1 2 l + → −k l k BPSK BPSK BPSK BPSK BPSK 2 2 l − →k l BPSK BPSK BPSK BPSK BPSK 2 2 l → +l k BPSK↓ BPSK↓ BPSK↓ BPSK↓ BPSK↓ 2 3 l + → −k l k QPSK QPSK QPSK QPSK QPSK 3 3 l − →k l QPSK QPSK QPSK QPSK QPSK 3 3 l → +l k QPSK↓ QPSK↓ QPSK↓ QPSK↓ QPSK↓ 3 4
l + → −k l k 16QAM 16QAM 16QAM 16QAM 16QAM
4 4
l − →k l 16QAM 16QAM 16QAM 16QAM 16QAM
4 4
l → +l k 16QAM↓ 16QAM↓ 16QAM↓ 16QAM↓ 16QAM↓
Trên l4+k 64QAM 64QAM 64QAM 64QAM 64QAM
Bảng 2: Bảng chuyển tiếp điều chế thích nghi
Chú ý: ↑và ↓được mô tả cho công suất lên và công suất xuống, k được đặc trưng cho phạm vi dãi động cực đại của ngưỡng điều khiển công .
Các ngưỡng chuyển mạch thích nghi và PCZ, ở đây sơ đồ điều khiển công suất có thể được sử dụng đặc biệt ở bảng chuyển tiếp. Độ rộng của PCZ phụ thuộc vào phạm vi dãi động cực đại, phạm vi cao hơn, PCZ rộng hơn. Kiểu điều chế được chọn hiện tại dựa vào SNR nhận được tức thời phối hợp với ngưỡng cơ bản của sơ đồ điều khiển công suất giống như kiểu điều chế trước. Hình 2.5(a) và 2.5(b), nó xác định độ lớn cho các dãi động k khác nhau. Được so sánh
với sơ đồ điều chế thích nghi không điều khiển công suất. BER của sơ đồ điều chế thích nghi có điều khiển công suất đã được cải thiện.
Hình 2.5: BER và BPS trung bình của điều chế thích nghi sử dụng sơ đồ ngưỡng điều
khiển công suất cho các phạm vi dãi động khác nhau
Khi so sánh với sơ đồ điều chế thích nghi thông thường, mặc dù BPS trung bình giảm. BER trung bình của sơ đồ hình 3.5(b) thấp hơn. Mặc dù ở chế độ không có kiểu truyền dẫn (KT) nào được sử dụng trong sơ đồ, ở đây việc truyền dẫn là không được phép cho đến khi chất lượng kênh tốt hơn. Đáng chú ý nữa là khi phạm vi dãi động của điều khiển công suất tăng thì BER trung bình được cải thiện. Điều này phù hợp, khi miền điều khiển công suất (PCZ) rộng hơn giống như tăng phạm vi dãi động. Do vậy, ngưỡng cơ bản của sơ đồ điều khiển công suất được sử dụng trên một phạm vi rộng hơn của SNR tức thời. Như vậy, thuận tiện hơn để sử dụng kiểu điều chế mạnh hơn, với kết quả BER giảm.
Việc sử dụng ngưỡng cơ bản điều khiển công suất để cải thiện kết quả BER, trong khi vẫn duy trì gần không thay đổi ngưỡng chuyển mạch. Trong phần kế tiếp sơ đồ được tối ưu hoá để cải thiện BPS.
2.4.3. Điều khiển công suất ngưỡng để cải thiện BPS.
Khi ngưỡng điều khiển công suất được sử dụng, để tăng BPS trung bình. Điều này đạt được bằng việc tăng công suất phát trong phạm vi PCZ, bất cứ khi nào công suất tức thời thu được thấp hơn mức ngưỡng trung tâm. Một kiểu điều chế mức cao hơn được sử dụng, điều này làm tăng BPS trung bình.
Một bảng chuyển tiếp kiểu điều chế thích nghi có thể được công thức hoá như trong bảng 3 Điều chế trước. Không truyền (KT) BPSK QPSK 16QAM 64QAM Mức SNR Thấp hơn 1 l −k KT KT KT KT KT 1 1 l − →k l BPSK↑ BPSK↑ BPSK↑ BPSK↑ BPSK↑ 1 1 l → +l k BPSK BPSK BPSK BPSK BPSK 1 2 l + → −k l k BPSK BPSK BPSK BPSK BPSK 2 2 l − →k l QPSK↑ QPSK↑ QPSK↑ QPSK↑ QPSK↑ 2 2 l → +l k QPSK QPSK QPSK QPSK QPSK 2 3 l + → −k l k QPSK QPSK QPSK QPSK QPSK 3 3
l − →k l 16QAM↑ 16QAM↑ 16QAM↑ 16QAM↑ 16QAM↑ 3 3
l → +l k 16QAM 16QAM 16QAM 16QAM 16QAM
3 4
l + → −k l k 16QAM 16QAM 16QAM 16QAM 16QAM
4 4
l − →k l 64QAM↑ 64QAM↑ 64QAM↑ 64QAM↑ 64QAM↑ 4 4
l → +l k 64QAM 64QAM 64QAM 64QAM 64QAM
Trên l4+k 64QAM 64QAM 64QAM 64QAM 64QAM
Bảng 3: Bảng chuyển tiếp điều chế thích nghi, để đạt được BPS trung bình cao.
Chú ý: ↑và ↓được mô tả cho công suất lên và công suất xuống, k được đặc trưng cho phạm vi dãi động cực đại của ngưỡng điều khiển công .
Giá trị trung bình của BER và BPS được cho ở hình 2.6(a) và 2.6(b) cho sơ đồ điều chế thích nghi không bị chặn và bị chặn khi truyền. Những hiệu ứng của các phạm vi dãi động k, do tiêu chuẩn BPS tăng lên đột ngột và kết quả của phương pháp điều khiển công suất, BPS trung bình được cải thiện tại BER trung bình cao hơn. Khi tăng dãi động điều khiển công suất cũng để tăng BPS trung bình, ở đây miền điều khiển công suất rộng hơn thường xuyên được sử dụng trong ngưỡng cơ bản của sơ đồ điều khiển công suất, do đó tăng BPS trung bình.
Hình 2. 6: BER và BPS trung bình của điều chế thích nghi sử dụng sơ đồ ngưỡng điều
khiển công suất cho các phạm vi dãi động khác nhau
Việc sử dụng ngưỡng điều khiển công suất để cải thiện BPS trung bình làm giảm BER trung bình, trong khi chuyển mạch không thay đổi nhiều hoặc ít hơn, khi so sánh với sơ đồ điều chế thích nghi. Kế tiếp sử dụng sơ đồ điều khiển công suất được nghiên cứu để giảm chuyển mạch và các hiệu quả của BER và BPS trung bình.
2.4.4. Ngưỡng điều khiển công suất cho sử dụng chuyển mạch tối thiểu
Trong việc tối ưu hoá sơ đồ điều chế thích nghi cho mức chuyển mạch thấp hơn, sơ đồ ngưỡng điều khiển công suất được thiết kế để duy trì kiểu điều chế được sử dụng trước nếu như SNR trong phạm vi của miền điều khiển công suất và kiểu điều chế trước là một điều hợp lý trong miền điều khiển công suất, sơ đồ ngưỡng điều khiển công suất để giảm chuyển mạch. Tương ứng bảng chuyển tiếp kiểu điều chế được công thức hoá trong bảng 4, trong bảng này công suất lên và công suất xuống được sử dụng phù hợp để bảo đảm rằng kiểu điều chế còn lại không thay đổi. Kiểu công suất xuống được sử dụng chỉ riêng để giảm BER trung bình. Điều chế trước. Không truyền (KT) BPSK QPSK 16QAM 64QAM Mức SNR
Thấp hơn 1 l −k KT KT KT KT KT 1 1 l − →k l KT BPSK↑ KT KT KT 1 1 l → +l k BPSK BPSK BPSK BPSK BPSK 1 2 l + → −k l k BPSK BPSK BPSK BPSK BPSK 2 2 l − →k l BPSK BPSK QPSK↑ BPSK BPSK 2 2 l → +l k QPSK BPSK↓ QPSK QPSK QPSK 2 3 l + → −k l k QPSK QPSK QPSK QPSK QPSK 3 3 l − →k l QPSK QPSK QPSK 16QAM↑ QPSK 3 3
l → +l k 16QAM 16QAM QPSK↓ 16QAM 16QAM
3 4
l + → −k l k 16QAM 16QAM 16QAM 16QAM 16QAM
4 4
l − →k l 16QAM 16QAM 16QAM 16QAM 64QAM↑
4 4
l → +l k 64QAM 64QAM 64QAM 16QAM↓ 64QAM
Trên l4+k 64QAM 64QAM 64QAM 64QAM 64QAM
Bảng 4: Bảng chuyển tiếp được thiết kế để đạt được một mức chuyển mạch thấp được sử dụng.
Tương ứng với bảng chuyển tiếp đã được công thức hoá ở bảng 4, trong bảng này công suất lên và công suất xuống được sử dụng phù hợp để chắc rằng sơ đồ điều chế được yêu cầu không thay đổi. Điều này khác ở bảng 2, ở đây công suất xuống được sử dụng ngoại trừ giảm BER trung bình và bảng 3, công suất lên được sử dụng để tăng BPS trung bình. Như trước, thực hiện sơ đồ điều khiển công suất được phân tích các giới hạn của BER, BPS, sử dụng chuyển mạch và sử dụng điều khiển công suất.
Mối liên hệ giữa BER trung bình và BPS trung bình được thể hiện trong hình 2.7(a) và 2.7(b) cho các trường hợp không bị chặn và bị chặn truyền dữ liệu tương ứng với từng sơ đồ. Các kết quả được so sánh với sơ đồ điều chế thích nghi không điều khiển công suất. Ơ đây một sự giảm dần BER trung bình tại các SNR trung bình của kênh sử dụng các kiểu điều chế thấp hơn thì trội hơn, điều này cho phép điều khiển công suất để giảm đến mức tối thiểu sử dụng chuyển mạch không giảm BER trung bình hoặc BPS trung bình. Tuy nhiên, tại các SNR trung bình của kênh khoảng 20dB, các kiểu điều chế cao hơn được lựa chọn thường xuyên hơn. Hơn nữa, sử dụng điều chế mức cao hơn này được duy trì bởi chế độ điều khiển công suất ngưỡng, tương ứng với một xác suất lỗi cao hơn. Điều này làm giảm BER trung bình tại các SNR trung bình của kênh ở 20dB, như ở hình 2.7(a) và 2.7(b). Tối thiểu hoá mức chuyển mạch thấp hơn, việc sử dụng chuyển mạch được giảm với các phạm vị dãi động điều khiển công suất càng tăng.
Hình 2.7: BER và BPS trung bình sử dụng sơ đồ điều khiển ngưỡng công suất cho các
phạm vi dãi động khác nhau.
Bảng 5: BER trung bình, BPS trung bình, sử dụng chuyển mạch và điều khiển công suất cho ba ngưỡng điều khiển công suất khác nhau được cho ở
bảng 2, 3 và 4 cho các phạm vi dãi động khác nhau.