6.3.1 Giao diện chương trỡnh mụ phỏng
Chương trỡnh mụ phỏng được thiết kế bằng ngụn ngữ Matlab 6.5, và được tổ chức thành từng module.
Tớnh module cho phộp, cải tiến, phỏt triển và nõng cấp sau này.
Do cú tớnh module nờn thuận lợi cho việc kiểm tra, đỏnh giỏ, khảo sỏt mụ hỡnh ở dạng rời rạc và liờn kết.
Để chạy chương trỡnh mụ phỏng AOFDM, từ cửa sổ lệnh của MatLab ta gừ lệnh “AOFDM”. Dưới đõy là phần giao diện bắt đầu của chương trỡnh.
Phần giao diện chớnh của chương trỡnh sẽ được mở khi nhấn chuột vào nỳt tiếp tục. Trước khi đến với giao diện chớnh, giao diện minh hoạ hỡnh ảnh dựng để truyền sẽ được mở ra. Hỡnh bờn trỏi với tiờu đề :’ Ảnh dựng để phỏt’ sẽ là hỡnh ảnh phục vụ cho suốt quỏ trỡnh mụ phỏng. Trục toạ độ cũn lại bờn phải sẽ hiện ảnh sau khi truyền qua AOFDM. Sau khi hoàn thiện mụ phỏng hệ thống AOFDM thỡ ảnh này sẽ được mở ra để so sỏnh giữa chất lượng ảnh gốc và ảnh sau khi truyền qua AOFDM. Tất nhiờn vỡ lý do thời gian truyền quỏ lõu khi dựng ảnh mầu 32 bit (do xử lý số bằng phần mềm cú tốc độ rất chậm, trong cỏc hệ thống thực tế tốc độ tớnh toỏn cao do cỏc thao tỏc xử lý số được thực hiện phần lớn bằng phần cứng ). Cho nờn để nhanh chúng đồ ỏn chỉ mụ phỏng kết quả với ảnh trắng đen.
Chương 6: Chương trỡnh mụ phỏng truyền dẫn OFDM thớch ứng Đồ ỏn tốt nghiệp Đại học
Khi kớch hoạt vào nỳt “tiếp tục” ở giao diện đầu tiờn thỡ chương trỡnh sẽ gọi một giao diện để mụ phỏng hệ thống truyền dẫn OFDM thớch ứng, giao diện cú tờn hàm là 'OFDM_S'. Dưới đõy sẽ là phần giao diện thực hiện ý tưởng của đồ ỏn, giao diện được cấu trỳc theo từng module, mỗi module sẽ thực hiện một nhiệm vụ và minh họa một phần kết quả trong hệ thống truyền dẫn thớch ứng OFDM.
Phần khung cụng cụ thực hiện bao gồm cỏc nỳt cụng cụ:
‘Execute’: sẽ thực hiện kớch hoạt hệ thống AOFDM hoạt động.
‘Input Data’: sẽ mở ra một giao diện để nhập cỏc thụng số khởi tạo hệ thống.
‘Close’: sẽ đúng giao diện mụ phỏng.
‘Back’: sẽ quay trở lại giao diện đầu tiờn ‘AOFDM’.
Phần khung cụng cụ thớch ứng bao gồm cỏc nỳt cụng cụ:
‘Chọn lọc SM’: là biểu tượng khi tớch vào hệ thống sẽ kớch hoạt chế độ thớch ứng theo cơ
chế chọn lọc súng mang.
‘Mức điều chế’: khi tớch vào biểu tượng này hệ thống sẽ kớch hoạt chế độ thớch ứng theo
mức điều chế (AQAM). Tất nhiờn ta cú thể kớch hoạt đồng thời hai cơ chế thớch ứng bằng cỏch tớch vào cả hai biểu tượng trờn.
‘Kờnh động’: là cụng cụ mà khi kớch hoạt nú sẽ tạo ra một kờnh vụ tuyến cú hàm truyền
đạt thay đổi theo thời gian. Nếu khụng kớch hoạt cụng cụ này thỡ kờnh mụ phỏng sẽ là kờnh tĩnh, cỏc tham số kờnh sẽ giữ nguyờn trong quỏ trỡnh mụ phỏng.
Phần hiển thị tớn hiệu M-QAM: sẽ hiển thị chũm sao M-QAM tại bộ thu sau khi tớn hiệu được giải điều chế OFDM. Khi số trạng thỏi điều chế là M thỡ phần giao diện này sẽ hiện thị chũm sao M-QAM, trờn phần giao diện là chũm sao 16-QAM.
Phần hiển thị tớn hiệu OFDM: sẽ hiển thị dạng súng trong miền thời gian của tớn hiệu OFDM phỏt và thu đồng thời cũng hiển thị hàm truyền đạt của kờnh và phổ của tớn hiệu OFDM thu. Mục đớch đồ ỏn xõy dựng giao diện hiển thị phổ của tớn hiệu OFDM thu và hàm truyền đạt của kờnh để dễ dàng quan sỏt cơ chế thớch ứng chọn lọc súng mang. Ứng với những vị trớ mà hàm truyền đạt của kờnh nhận cỏc giỏ trị khỏc ‘1’ rất nhiều thỡ cỏc súng mang con cú giỏ trị tần số nằm gần khoảng đú sẽ khụng được sử dụng, trờn giao diện ta thấy ứng với cỏc giỏ trị này thỡ đỏp ứng tần số của tớn hiệu thu sẽ xấp xỉ ‘0’. Cơ chế chọn lọc súng mang được coi là hoạt động tốt khi lựa chọn được những khoảng mà đỏp ứng của kờnh là xấp xỉ ‘1’.
Phần hiển thị kết quả: sẽ cung cấp cỏc giỏ trị BER hiện thời của từng súng mang con và giỏ trị BER tổng hợp của toàn bộ hệ thống. Giỏ trị BER hiện thời của cỏc súng mang con được hiện thị dưới nhón ‘Giỏ trị BER của cỏc súng mang con’. Giỏ trị BER của hệ thống được hiển thị dưới nhón ‘BER’. Ngoài ra để tiện theo dừi số lượng cụng việc đó hoàn thành được bao nhiờu phần trăm, giao diện cũng đưa ra một bảng hiển thị thời gian thực hiện và số phần trăm cụng việc đó thực hiện.
Một bảng hiển thị rất quan trọng để theo dừi cơ chế thớch ứng chọn lọc súng mang là hiển thị số lượng súng mang được dựng để truyền dữ liệu người dựng, đú là nhón ‘Số sm truyền’. Trờn phần giao diện ta thấy số súng mang thiết lập ban đầu là 100 (ta thấy chiều dài của trục hoành của nhón ‘Giỏ trị BER của cỏc súng mang con là 100’), trong khi đú số súng mang truyền dữ liệu người dựng chỉ cú 24. Tất nhiờn việc dựng số lượng ớt súng mang truyền dẫn sẽ làm chậm tốc độ hệ thống nhưng với điều kiện kờnh quỏ tồi thỡ nếu truyền dữ liệu trờn cỏc súng mang cũn lại thỡ sẽ chịu một tỷ lệ lỗi quỏ lớn vượt quỏ giỏ trị BER yờu cầu cho mỗi dịch vụ và khi đú sẽ khụng đảm bảo được QoS.
Chương 6: Chương trỡnh mụ phỏng truyền dẫn OFDM thớch ứng Đồ ỏn tốt nghiệp Đại học
6.3.2 Cỏc kết quả mụ phỏng và đỏnh giỏ hiệu năng
Đồ ỏn sẽ nghiờn cứu hoạt động của hệ thống truyền dẫn OFDM khi chỉ dựng một cơ chế thớch ứng, khi dựng đồng thời cỏc cơ chế thớch ứng và khi khụng dựng thớch ứng. Đồng thời cũng nghiờn cứu hiệu năng của cỏc phương phỏp thớch ứng trong cỏc điều kiện kờnh khỏc nhau: kờnh tĩnh, kờnh động và cỏc tham số kờnh khởi tạo khỏc nhau.
6.3.2.1 Kết quả mụ phỏng khụng dựng cơ chế thớch ứng
Trước tiờn để dễ so sỏnh giữa cỏc phương phỏp thớch ứng và so sỏnh hiệu năng của cơ chế thớch ứng với khi khụng thớch ứng, ta hóy xem kết quả truyền dữ liệu người dựng là file ảnh với phương phỏp điều chế 4-QAM qua hệ thống OFDM mà khụng dựng bất kỳ cơ chế thớch ứng nào cả.
Tham số ban đầu được thiết lập như giao diện khởi tạo phớa trờn. Giao diện mụ phỏng sẽ như sau:
Ta thấy rằng ở những vị trớ đỏp ứng kờnh cú giỏ trị khỏc ‘1’ rất nhiều thỡ giỏ trị BER của cỏc súng mang con tại đú sẽ rất lớn. Trờn giao diện mụ phỏng thứ nhất giỏ trị BER của cỏc súng mang con ta thấy cú ba vựng mà BER rất lớn so với cỏc vựng khỏc. Nhỡn lờn phần giao diện đặc tuyến tần số của tớn hiệu OFDM thu, ta thấy tương ứng với ba vựng BER cao này là ba vựng mà đỏp ứng kờnh bị lừm nghiờm trọng. Do đú cỏc súng mang con tại đõy biờn độ bị suy giảm nhanh chúng gõy lỗi lớn sau bộ quyết định. Kết quả trờn giao diện mụ phỏng thứ hai cũng tương tự, chỉ cú điều chỉ cú hai vựng BER cao. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Kết quả file ảnh truyền qua mụi trường kờnh mà khụng sử dụng cơ chế thớch ứng nào sẽ như sau.
Chương 6: Chương trỡnh mụ phỏng truyền dẫn OFDM thớch ứng Đồ ỏn tốt nghiệp Đại học
Ta thấy trờn ảnh thu được hỡnh thành những đường lỗi cụm do cỏc súng mang tại những vị trớ kờnh biến động lớn sẽ bị lỗi cụm. Ở cơ chế thớch ứng chọn lọc súng mang sẽ giải quyết triệt để vấn đề này.
6.3.2.2 Kết quả mụ phỏng dựng cơ chế thớch ứng mức điều chế
Giỏ trị BER thiết lập trong đồ ỏn cho cỏc mức chuyển được cho trong bảng 6.2.
Cơ chế chuyển mức cũng phải tuõn theo quy tắc sau: Nếu đang ở mức BPSK khụng thể trực tiếp chuyển lờn mức 16-QAM, 64-QAM được mà phải qua bước trung gian là 4- QAM, và đang ở mức 4-QAM cũng vậy khụng thể chuyển trực tiếp lờn 64-QAM. Nhưng đang ở mức 16-QAM, 64-QAM nếu BER tổng quỏ cao cú thể chuyển trực tiếp xuống BPSK. Vỡ cú cơ chế này mà hệ thống làm việc rất hiệu quả, nguyờn nhõn là khi đang ở cỏc mức BPSK, 4-QAM nếu kốm theo cơ chế chọn lọc súng mang thỡ thường BER tổng = 0, nhưng khụng phải ở mức 16-QAM, 64-QAM thỡ BER tổng cũng nhỏ như vậy mà thường BER tổng sẽ khụng đảm bảo mức ngưỡng do đú để đảm bảo QoS thỡ cần phải chuyển qua mức trung gian.
Bảng 6.2 Tham số BER điều khiển chuyển mức điều chế
Giỏ trị BER tổng Ngưỡng BER Mức điều chế
BER> 0.2 Khụng thiết lập Khụng phỏt 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 đõy là giao diện hoạt động của cơ chế thớch ứng mức điều chế, mức điều chế được thiết lập ban đầu là 4-QAM. cỏc tham số khởi tạo được cho trong giao diện khởi tạo phớa trờn như phần mụ phỏng khụng sử dụng cơ chế thớch ứng.
Chương 6: Chương trỡnh mụ phỏng truyền dẫn OFDM thớch ứng Đồ ỏn tốt nghiệp Đại học
Ta thấy chất lượng ảnh thu được sau mụ phỏng tốt hơn so với trường hợp khụng dựng cơ chế thớch ứng một chỳt, cỏc đường xước nhỏ hơn. Tuy nhiờn sự cải thiện QoS này khụng đỏng kể, vẫn xảy ra lỗi cụm. Theo quan sỏt giỏ trị BER tổng luụn luụn > 0.01 do
đú nếu theo cơ chế thớch ứng chọn mức điều chế thỡ sẽ luụn luụn khụng đạt mức phỏt 16-QAM.
6.3.2.3 Kết quả mụ phỏng dựng cơ chế thớch ứng chọn lọc súng mang
Dưới đõy là giao diện hoạt động của cơ chế thớch ứng chọn lọc súng mang, phương phỏp điều chế súng mang con là 4-QAM, cỏc tham số khởi tạo được cho trong giao diện khởi tạo phớa trờn như phần mụ phỏng khụng sử dụng cơ chế thớch ứng.
Chương 6: Chương trỡnh mụ phỏng truyền dẫn OFDM thớch ứng Đồ ỏn tốt nghiệp Đại học
Ta thấy rằng những vị trớ súng mang con cú BER lớn sẽ khụng được dựng để truyền dữ liệu. Trờn giao diện mụ phỏng thứ nhất cú bốn vị trớ như vậy và trờn vựng hiển thị giỏ trị BER của từng súng mang ta thấy cú năm vị trớ cho BER thấp nhất và tất nhiờn theo cơ chế thớch ứng chọn lọc súng mang thỡ hệ thống đó chọn năm vị trớ đú để truyền dữ liệu. Nhỡn vào vựng hiển thị số lượng súng mang truyền dữ liệu người dựng ta thấy chỉ cú 36 súng mang con được sử dụng trờn tổng số 100 súng mang con dựng truyền dữ liệu. Trờn giao diện thứ hai kết quả cũng tương tự, chỉ cú điều là số lượng cỏc vựng đỏp ứng kờnh cú BER thấp nhiều hơn, khi này số lượng súng mang cú mức BER thoả món ngưỡng sẽ nhiều lờn, cú 42/ 100 súng mang con dựng truyền dữ liệu người dựng.
Dựng cơ chế thớch ứng chọn lọc súng mang kết quả là BER tổng luụn xấp xỉ ‘0’ đối với 4-QAM, giỏ trị này thấp hơn nhiều so với khi khụng dựng cơ chế thớch ứng.
Kết quả ảnh thu được sau khi truyền qua hệ thống AOFDM cú chất lượng cao hơn rất nhiều so với hệ thống OFDM khụng dựng cơ chế thớch ứng. Trờn giao diện hiển thị kết quả ảnh thu ta thấy phần đầu của ảnh cú vài vết xước, do ta thiết lập mảng QĐ với cỏc phần tử toàn giỏ trị ‘0’, tức là lần đầu phỏt ta sử dụng 100 % số súng mang hiện cú, vỡ vậy trong lần đầu tiờn BER khỏ cao. Tuy nhiờn sau lần đầu tiờn cơ chế thớch ứng làm việc rất hiệu quả đó chọn lọc ra cỏc súng mang cú BER thấp để truyền dữ liệu do đú phần ảnh thu cũn lại cú chất lượng rất cao hoàn toàn giống như ảnh phỏt. Mặc dự mức điều chế luụn khụng đổi 4-QAM, trong khi đú cơ chế chuyển mức điều chế ở trờn thường xuyờn phỏt BPSK (do BER tổng cao) tức là thụng lượng của cơ chế thớch ứng chọn lọc súng mang cao hơn mức điều chế trong trường hợp này.
Đến đõy ta mới thấy phương phỏp thớch ứng theo cơ chế chọn lọc súng mang làm việc thật hiệu quả trong trường hợp kờnh tồi. Tuy nhiờn khi điều kiện kờnh tốt hơn thỡ nếu sử dụng nguyờn cơ chế chọn lọc súng mang sẽ khụng hiệu quả đối với cỏc mức điều chế cao như 16-QAM, 64-QAM, 128-QAM… Vỡ khi đú cú trường hợp kờnh đột ngột trở nờn rất xấu mà ta cứ giữ nguyờn mức điều chế hiện thời sẽ khụng ổn vỡ khi đú tốc độ truyền dữ liệu sẽ rất thấp. Cú trường hợp khi mức điều chế là 64-QAM nếu cứ giữ nguyờn mức điều chế này thỡ chỉ cũn dưới 10 súng mang đảm bảo được giỏ trị BER ngưỡng trờn tổng số 100 súng mang mụ phỏng. Do đú tốc độ truyền dẫn sẽ cực thấp và khụng đảm bảo QoS đối với cỏc dịch vụ yờu cầu tớnh thời gian thực. Cho nờn để hiệu quả thỡ phương phỏp thớch ứng theo cơ chế chọn lọc súng mang phải đi kốm theo cơ chế thớch ứng chuyển mức điều chế.
6.3.2.3 Kết quả mụ phỏng dựng kết hợp hai cơ chế thớch ứng chuyển mức điều chế và chọn lọc súng mang và chọn lọc súng mang
Dưới đõy là trường hợp khi kết hợp hai phương phỏp thớch ứng trờn với cựng điều kiện kờnh như giao diện khởi tạo phớa trờn:
Ta thấy với điều kiện kờnh tồi như vậy mà khi kết hợp hai phương phỏp thớch ứng trờn thỡ vẫn cho phộp mức điều chế lờn đến 16-QAM, tất nhiờn tần suất xuất hiện của
16-QAM sẽ ớt hơn 4-QAM. Tuy nhiờn nờu để ý thỡ ở mức 16-QAM, số súng mang dựng để truyền dữ liệu sẽ rất ớt thường < 50 súng mang trờn tổng số 100 súng mang, giỏ trị trờn giao diện mụ phỏng là 46, 58 và 24 súng mang, những vẫn đảm bảo được tốc độ truyền dữ liệu người dựng và BER yờu cầu do mức điều chế cao và dựng kết hợp cơ chế thớch ứng chọn lọc súng mang. Điều đặc biệt là khụng cú lần nào hệ thống phải chuyển mức phỏt BPSK. Vỡ điều này mà thụng lượng của cơ chế thớch ứng kết hợp giữa hai cơ chế thớch ứng chọn lọc súng mang và thớch ứng mức điều chế lớn hơn hẳn cỏc cơ chế thớch ứng độc lập.
Chương 6: Chương trỡnh mụ phỏng truyền dẫn OFDM thớch ứng Đồ ỏn tốt nghiệp Đại học
Tất nhiờn ảnh sẽ khụng thể đẹp như trong trường hợp truyền 4-QAM dựng nguyờn cơ chế thớch ứng chọn lọc súng mang. Nhưng so sỏnh với trường hợp truyền 4-QAM mà khụng dựng một cơ chế thớch ứng nào hay 4-QAM dựng nguyờn cơ chế thớch ứng mức điều chế thỡ chất lượng vẫn tốt hơn nhiều.
Qua đõy ta cú thể kết luận rằng một mỡnh cơ chế chọn lọc súng mang chỉ hoạt động tốt trong điều kiện kờnh tồi. Hệ thống sẽ hoạt động tốt nhất khi kết hợp giữa hai cơ chế thớch ứng chọn lọc súng mang và chuyển mức điều chế.
6.4 Đỏnh giỏ hiệu năng của cỏc cơ chế thớch ứng thụng qua kết quả mụ phỏng kết quả mụ phỏng
Để quan sỏt hiệu năng của mỗi lần thực hiện mụ phỏng (cú thể dựng hoặc khụng dựng cơ chế thớch ứng), đồ ỏn đó thiết kế giao diện hiển thị:
Hiệu năng BER của hệ thống thụng qua kết quả BER trong mỗi lần phỏt ký hiệu (giỏ trị hiển thị trờn nhón 'BER' trong phần hiển thị kết quả trờn giao diện mụ phỏng 'OFDM_S') (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Hiệu năng thụng lượng của hệ thống, được đo bằng số bit/ký hiệu điều chế súng mang con (vớ dụ, 4-QAM sẽ cú thụng lượng là 2 bit/ký hiệu). Thụng lượng chớnh là tốc độ bit truyền dữ liệu.
Giao diện hiển thị hiệu năng BER và hiệu năng thụng lượng hệ thống sẽ được mở ra