MỤC LỤC TỪ VIẾT TẮT, DANH SÁCH HÌNH MỞ ĐẦU CHƢƠNG I: MỘT SỐ KỸ THUẬT ĐIỀU CHẾ 1.1 KỸ THUẬT ĐIỀU CHẾ PSK (phase shift keying) .3 1.1.1 Binary PSK 1.1.2 Quadrature PSK 1.2 KỸ THUẬT ĐIỀU CHẾ BIÊN ĐỘ CẦU PHƢƠNG (QAM) 1.2.1 Chòm QAM 10 1.2.2 Square QAM .11 1.2.3 Điều chế QAM 11 1.2.4 Giải điều chế QAM 12 1.2.5 Xác suất lỗi QAM .13 1.3 NHẬN XÉT 15 CHƢƠNG II: KỸ THUẬT ĐIỀU CHẾ THÍCH NGHI 16 2.1 NGUYÊN LÝ ĐIỀU CHẾ THÍCH NGHI 16 2.2 HỆ THỐNG ĐIỀU CHẾ THÍCH NGHI 16 2.3 SƠ ĐỒ KHỐI CỦA HỆ THƠNG ĐIỀU CHẾ THÍCH NGHI 17 2.3.1.Chức khối: 17 2.3.2 Giới hạn thích nghi 17 2.4 ĐIỀU CHẾ THÍCH NGHI CHO KÊNH FADING BĂNG HẸP 20 2.4.1 Điều khiển công suất kênh fading băng hẹp 21 2.4.2 Ngƣỡng điều khiển công suất để cải thiện thực tỷ số lỗi bít 22 2.4.3 Ngƣỡng điều khiển công suất để cải thiện thực tỷ số lỗi bít 223 2.4.4 Ngƣỡng điều khiển công suất cho sử dụng chuyển mạch tối thiểu 25 2.5 ĐIỀU CHẾ THÍCH NGHI TRONG MƠI TRƢỜNG BĂNG RỘNG 27 2.6 ĐIỀU CHẾ THÍCH NGHI 28 2.6.1 Đánh giá kênh truyền 31 2.6.2 Tác động khoảng symbol pilot 36 2.6.3 Hiệu SNR Pilot .37 2.6.4 Anh hƣởng trễ phản hồi (feedback delay) 38 2.6.5 Phân tích đánh giá chất lƣợng kênh điều chế thích nghi 38 2.6.6 Dự đốn kênh 41 CHƢƠNG III: MÔ PHỎNG .42 KẾT LUẬN 52 TÀI LIỆU THAM KHẢO 53 TỪ VIẾT TẮT A ABER: Adaptive Bit-Error-Rate AMPS: Advanced Mobile Phone Service AWGN: Additive White Gaussian Noise B BER: Bit-Error-Rate BPS: Bit per Symbol BPSK: Binary Phase Shift Keying C CCI: Co-Channel - Interference CCITT: International Telgraph and Telephone Consultative Committee CDF : Cumulative Distribution Function CDMA: Code Division Multiple Access CDMA-2000: Code Division Multiple Access - 2000 D DMT: E ETSI: European Telecommunications Standard Institute F FDMA: Frequency Division Multiple Access FEC: Forward Error Correction FFT: Fast Fourier Transform G GSM: Global System for Mobile Communication I IEEE: Institute of Electrical and Electronics Engineers IFFT: Invert Fast Fourier Transform ITU: International Telecommunication Union ISI: Inter_ Symbol_ Interference L LOS: Line-of-sight LMDS: local-to-multipoin-distribution-services M MAM: M-ary Amplitude Modulation MEM: Maximum Entropy Method MPSK: M-ary Phase Shift Keying M-QAM: M-ary Quadrature Amplitude Modulation N NMT: Nordic Mobile Telephone O OFDM: Orthogonal Frequency Division Multiplexing P PCZ: Power Control Zone PDF: Probability Density Function PSAM: Pilot Symbol Assisted Modulation PSD: Power Spectral Density PSK: Phase Shift Keying Q QAM: Quadrature Amplitude Modulation QPSK: Quadrature Phase Shift Keying R RF: Radio Frequency S SNR: Signal-to-Noise Ratio T TDD: Time Division Duplex TDMA: Time Division Multiple Access W WCDMA: Wide Code Division Multiple Access DANH SÁCH HÌNH Hình 1: Chịm tín hiệu BPSK Hình : Điều chế BPSK (a) giải điều chế BPSK (b) kết hợp Hình 3: Chịm tín hiệu QPSK Hình 4: Dạng sóng QPSK Hình 5: Các loại chịm tín hiệu QPSK 10 Hình : Điều chế QAM 12 Hình : Chịm 16-QAM đƣợc mã hố Gray 12 Hình 8: Giải điều chế QAM 13 Hình 9: Xác suất lỗi bit QAM 14 Hình 1: Sơ đồ khối hệ thống điều chế thích nghi 17 Hình 2: Thực BER AWGN 19 Hình 3: Đặc tính SNR kênh băng hẹp, đƣợc sử dụng để chọn lựa sơ đồ 20 Hình 4: Sơ đồ ngƣỡng điều khiển công suất 21 Hình 5: BER BPS trung bình điều chế thích nghi sử dụng sơ đồ ngƣỡng điều khiển công suất cho phạm vi dãi động khác 23 Hình 6: BER BPS trung bình điều chế thích nghi sử dụng sơ đồ ngƣỡng điều khiển công suất cho phạm vi dãi động khác 25 Hình 7: BER BPS trung bình sử dụng sơ đồ điều khiển ngƣỡng công suất cho phạm vi dãi động khác 27 Hình 8: Sơ đồ điều chế thích nghi 29 Hình 9: Xác suất lỗi bít AWGN 30 Hình 10: Thực BER theo lý thuyết điều chế thích nghi cho ba tỷ số lỗi đích khác 31 Hình 11: Dạng khung PSAM 32 Hình 12: Chịm tín hiệu QAM mơ tả symbol pilot 33 Hình 13: Giải thật FFT tổng quát 34 Hình 14: Cấu trúc khung để giảm hiệu ứng đƣờng biên 35 Hình 15: Minh hoạ độ xác đánh giá kênh FFT 36 Hình 16: cận cảnh hiệu ứng biên 36 Hình 17: Đƣờng bao fading thực đƣợc lần theo nội suy FFT tốc độ Doppler 120Hz 130Hz 37 Hình 18: Mơ tả dự đốn kênh 42 Hình 1: Mơ hình tổng thể chƣơng trình mơ 43 Hình 2: Giao diện mơ điều chế thích nghi 48 Hình 3: Giao diện vẽ ber 48 Hình 4: BER ngƣỡng 1.e-4,k = 0dB,delay = 0, hiệu suất phổ đạt đƣợc 4,8172 49 Hình 5: BER ngƣỡng 1.e-3,k=0dB,delay=0,hiệu suất phổ đạt đƣợc 4.83 50 Hình 6: Đồ thị BER cho k=0.1dB(đƣờng trên) k=0.2dB(đƣờng dƣới), ứng với BER ngƣỡng 1.e-4,delay=0 50 Hình 7: Đồ thị BER cho delay=5 (đƣờng trên) delay=10 (đƣờng dƣới), ứng với BER ngƣỡng 1.e-4,k=0.1dB 51 MỞ ĐẦU LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI 1.1 Cơ sở lý luận Trong truyền thông vô tuyến, phổ yếu tố quan trọng Nó với tỷ số tín hiệu nhiễu (SNR) xác định tốc độ mà truyền thơng tin Ảnh hƣởng nhiễu hệ thống thông tin nhiễu từ môi trƣờng truyền Chúng ta nghiên cứu cách truyền mơi trƣờng nhiễu điều chế thích nghi Bằng phƣơng pháp này, thay đổi điều chế phát dựa vào đáp ứng phản hồi theo điều kiện thay đổi kênh Đây cách tối ƣu để truyền sơ đồ cho trạng thái kênh với độ xác đƣợc yêu cầu Ví dụ, kênh trạng thái (nhƣ SNR thấp) giảm kích cỡ chịm tín hiệu để cải thiện chất lƣợng Ngƣợc lại kênh trạng thái tốt (SNR cao) tăng kích cỡ chịm tín hiệu để tăng tốc độ liệu cách khả thi Vì vậy,để nâng cao tốc độ kênh truyền dẫn số mà bảo đảm BER theo giá trị định sử dụng điều chế thích nghi Điều làm hệ thống linh hoạt sử dụng hiệu phổ tần Lúc lƣu lƣợng đạt đƣợc mức cao chất lƣợng truyền tốt 1.2 Cơ sở thực tiễn Trong trình truyền tin, việc sử dụng hiệu phổ nâng cao chất lƣợng kênh truyền vấn đề quan trọng Vì có nhiều tác giả nghiên cứu, đề cập đến vấn đề điều chế thích nghi (ở phạm vi tài liệu mà chúng tơi có đƣợc), thấy rằng: có nhiều viết trực tiếp gián tiếp liên quan đến đề tài Tuy vậy, viết, nghiên cứu đánh giá cụ thể, sát thực với đặc điểm, tình hình đƣờng truyền thông tin số phù hợp lại chƣa nhiều chƣa thực sâu sát Vì thế, tơi thấy cần có đƣợc nghiên cứu, đánh giá cụ thể hơn, sát thực để giải vấn đề triệt để hơn, hiệu Đó lí để chúng tơi thực đề tài Tuy nhiên, giới hạn định thời gian nghiên cứu thân ngƣời nghiên cứu nên đề tài khơng thể tránh khỏi thiếu sót, chúng tơi mong đƣợc nhiều đánh giá, góp ý, bổ sung cho đề tài để đề tài dần đƣợc hoàn thiện BỐ CỤC ĐỀ TÀI Chƣơng I Một số kỹ thuật điều chế Chƣơng II Kỹ thuật điều chế thích nghi Chƣơng III Mơ Ý NGHĨA KHOA HỌC Trong hệ thống cổ điển nguồn tài nguyên đƣợc cấp cố định cho ngƣời dùng, phƣơng pháp thích ứng sau nhận dạng u cầu ngƣời dùng cấp tài nguyên , việc sử dụng tài nguyên hệ thống hiệu hơn, nâng cao công suất hoạt động hệ thống Kỹ thuật thích ứng cho chất lƣợng tín hiệu tốt đến ngƣời dùng, làm giảm nhiễu xuyên kênh, phát vừa đủ cơng suất tín hiệu, chất lƣợng tín hiệu nhận đƣợc tốt sau truyền tín hiệu qua vùng phủ rộng lớn Giải thuật thích ứng thay đổi giá trị thơng số điều chế linh động Theo luồng kênh thích hợp , kênh tốt giá trị gán cho thông số điều chế để lƣu lƣợng đạt đƣợc mức cao; kênh xấu giá trị gán cho thông số điều chế để chất lƣợng truyền tốt mức truyền thấp đƣợc bảo đảm Điều làm hệ thống linh hoạt sử dụng hiệu phổ tần Lúc lƣu lƣợng đạt đƣợc mức cao chất lƣợng truyền tốt Điều chế thích ứng mã hóa (AMC-Adaptation Modulation and Coding) để tối ƣu hóa băng thơng tùy thuộc vào điều kiện kênh truyền Đối với kênh truyền tốt (có nghĩa tỷ số tín hiệu nhiễu tạp âm SNR cao) điều chế 64-QAM Đối với kênh chất lƣợng thấp giảm dần mức điều chế xuống đến QPSK Học viên thực LƢƠNG ĐẮC Ý CHƢƠNG I: MỘT SỐ KỸ THUẬT ĐIỀU CHẾ Điều chế q trình xử lý thơng tin vào sóng mang vơ tuyến Ðiều chế số cải thiện hiệu suất phổ, tín hiệu số tốt cho việc hạn chế suy giảm kênh Hiệu suất phổ thuộc tính quan trọng cho hệ thống không dây Để đạt đƣợc hiệu suất phổ cao, sơ đồ điều chế phải đƣợc lựa chọn để có hiệu suất băng thơng cao Nhiều hệ thống không dây, nhƣ điện thoại tế bào, hoạt động theo nguyên tác tái sử dụng tần số, tần số sóng mang đƣợc tái sử dụng vị trí địa lý đƣợc chia Chất lƣợng hệ thống đƣợc giới hạn nhiễu đồng kênh Các sơ đồ điều chế phải xác định đƣợc hiệu suất băng thơng có khả chịu đƣợc nhiễu đồng kênh mức cao Các kỹ thuật điều chế số đƣợc chọn lựa cho hệ thống khơng dây nhờ đáp ứng thuộc tính sau:  Mật độ công suất: làm giảm hiệu ứng nhiễu kênh kề, công suất xạ kênh kề từ 60 đến 80 dB Các kỹ thuật điều chế có búp hẹp rolloff nhanh búp biên  BER tốt: xác suất lỗi bít thấp phải đạt đƣợc có nhiễu đồng kênh, nhiễu kênh kề, nhiễu nhiệt suy giảm kênh khác nhƣ fading nhiễu xuyên ký tự (ISI)  Đặc tính đƣờng bao: khuyếch đại phi tuyến giảm tỷ số bít lỗi cho sơ đồ điều chế, thơng tin phát đƣợc khuyếch đại biên độ sóng mang Để làm giảm phổ búp biên suốt thời gian khuyếch đại phi tuyến, tín hiệu ngõ vào phải có đƣờng bao cố định 1.1 KỸ THUẬT ĐIỀU CHẾ PSK (phase shift keying) PSK trƣờng lớn sơ đồ điều chế số PSK đƣợc sử dụng rộng rải nghành công nghiệp viễn thông BPSK QPSK đƣợc sử dụng hầu hết sơ đồ điều chế PSK, hệ thống chúng đơn giản có hiệu suất cơng suất độ rộng băng thơng tốt Các sơ đồ MPSK mức cao đƣợc sử dụng yêu cầu hiệu suất băng thông cao với tỷ số SNR cho phép 1.1.1 Binary PSK Dữ liệu nhị phân đƣợc đặc trƣng hai tín hiệu với pha khác nhau, hai pha  , hai tín hiệu : s1  t   A cos 2 f ct , với  t  T , cho (1.1) s2  t    A cos 2 f ct , với  t  T , cho Các tín hiệu đƣợc gọi đối cực (antipodal) Lý chọn lựa điều chế BPSK điều chế có hệ số tƣơng quan -1, chúng cho xác suất lỗi tối thiểu giá trị Eb / No , hai tín hiệu có tần số lƣợng Chúng ta thấy tất tín hiệu PSK đƣợc đặc trƣng đồ thị chịm tín hiệu hệ toạ độ hai chiều với : 1 (t )  cos 2f ct , với  t  T T sin 2 f ct , với  t  T T Tƣơng ứng với trục thẳng đứng trục nằm ngang Và 2 t    (1.2) (1.3) 2 t  s2  t  s1  t   E E 1  t  Hình 1: Chịm tín hiệu BPSK Dấu “-”   t  có nghĩa biểu thức tín hiệu PSK tổng thay tín hiệu khác Nhiều tín hiệu khác, đặc biệt tín hiệu QAM đƣợc mơ tả nhƣ Do mơ tả chịm tín hiệu BPSK với s1  t  s2  t  đƣợc biễu diễn hai điểm trục nằm ngang Ở : E  A2T (1.4) Giả sử luồng liệu nhị phân 10110 dạng sóng tín hiệu BPSK điều chế có dạng nhƣ sau: Da ta 1 (a) fc = 2T Dạng sóng có đƣờng bao số, có pha khơng liên tục ranh giới bít, fc  mRb  m / T , với m số nguyên Rb tốc độ bít liệu, thời bít đồng với sóng mang, pha ban đầu ranh giới bít  tƣơng ứng với bít với Tuy nhiên, f c bội số nguyên Rb , pha ban đầu ranh giới bít khác  Điều chế tín hiệu BPSK thật đơn giản Đầu tiên luồng liệu a  t  đƣợc hình thành từ luồng liệu nhị phân a t     a p t  kT  k  k (1.5) Nguồn NRZ a  t  Aa  t  cos 2 fct (-1,+1) Acos2 f ct Osc (a) (b) Hình : Điều chế BPSK (a) giải điều chế BPSK (b) kết hợp 1.1.2 Quadrature PSK Trong tất sơ đồ MPSK, QPSK sơ đồ thƣờng đƣợc sử dụng không giảm BER yêu cầu hiệu suất băng thông tăng QPSK trƣờng hợp đặc biệt MPSK, tín hiệu có dạng nhƣ sau: si  A cos  2 fct  i  , với  t  T , i  1, 2,3, Ơ đây: i  (1.6)  2i  1   3 5 7 Pha ban đầu tín hiệu , , , Tần số sóng mang đƣợc chọn bội số 4 4 nguyên tốc độ symbol, khoảng symbol  kT ,  k  1 T  , pha ban đầu   tín hiệu bốn pha Từ biểu thức ta viết: si  t   A cos i cos 2 fct  A sin i sin 2 f ct  si11  t   si 22  t  si1  E cos i (1.8) si  E sin i Và i  tan 1 Dibit Phase  i si si1 si1  E cos i (1.7) si  E sin i 11  /4  E/2  E/2 01 3 /  E/2  E/2 00 3 /  E/2  E/2 10  /  E/2  E/2 Bảng 1: Tọa độ tín hiệu QPSK Dạng sóng QPSK sử dụng điểm tín hiệu hình sau: 2 t  S2 01 S1 11 E 1 1  t  S3 00 S4 10 Hình 3: Chịm tín hiệu QPSK 39    Độc lập với sơ đồ điều chế Thích hợp sử dụng số mẫu nhỏ Cung cấp cách đánh giá chất lƣợng kênh xác điều kiện giới hạn nhiễu tạp âm nhiễu giao thoa Tuy nhiên, thƣờng giảm vài thuộc tính cho việc nghiên cứu thực tế Mục đích việc đo đạc SNR cho kết xác trạng thái kênh Tín hiệu mong muốn đƣợc thu giải điều chế bị sai lệch kênh Rayleigh nhiễu thu Bởi điều này, u cầu cơng suất tín hiệu ngắn hạn (để đánh giá hiệu ứng fading Rayleigh) công suất nhiễu dài hạn 2.6.5.b Phân tích đánh giá SNR dài hạn Chúng ta giải quuyết vấn đề kênh fading nhanh Tuy nhiên, sử dụng nội suy FFT, để cải thiện đánh giá SNR ngắn hạn không hiệu hiệu hiệu ứng biên độ trễ điều chế thích nghi Chúng ta nghiên cứu tính tốn SNR kênh qua thời gian dài Một cách tiếp cận nhƣ không cung cấp cải thiện hiệu suất băng thơng, nhƣng khơng nhạy với độ trễ Giá trị SNR trung bình đƣợc sử dụng để thích hợp sơ đồ điều chế Một cách tiếp cận nhƣ có hạn chế mà thích hợp với thay đổi dài hạn SNR kênh (nhƣ thay đổi shadowing suy hao) Tuy nhiên, cách tiếp cận đánh giá SNR xác sử dụng nhiều liệu cho đánh giá Hơn thấy tiếp cận lại tốt trải Doppler trễ phản hồi Do xem xét sử dụng “đánh giá SNR dài hạn đƣợc cải thiện” Nhƣ thấy thực điều chế thích nghi phụ thuộc SNR kênh đƣợc đánh giá tốt Sự đánh giá SNR kênh xác hơn, điều chế đƣợc lựa chọn tốt hơn, khả điều khiển biến đổi kênh Điều giúp đƣa đánh giá SNR dài hạn đƣợc cải thiện nơi SNR đƣợc tính tốn cơng suất tín hiệu trung bình cơng suất nhiễu qua nhiều khung, sử dụng symbol nhiều khung để tính tốn cơng suất tín hiệu phƣơng sai nhiễu Đồng thời thay cố gắng đánh giá SNR tức thời đánh giá SNR trung bình Cho đánh giá SNR dài hạn SNR đƣợc tính tốn sử dụng công thức nhƣ nguyên nhân đánh giá SNR ngắn hạn Sử dụng đánh giá dài hạn độ lớn công suất nhiễu kênh Nếu có tín hiệu bị sai lệch nhiễu, đánh giá tỷ số tín hiệu nhiễu thơng qua phép tính tốn „giá trị trung bình phƣơng sai‟ (mean and variance) Đầu tiên, cơng suất thu trung bình sau fading Rayleigh đƣợc tìm thấy cách lấy bình phƣơng trung bình độ lớn tín hiệu thu đƣợc Điều đáp ứng cho cơng suất tín hiệu đƣợc đánh giá Cơng suất nhiễu đƣợc tìm thấy tính tốn phƣơng sai tín hiệu thu đƣợc Tính tốn phƣơng sai đƣợc tính trung bình qua thời gian dài Giả sử có tín hiệu thu gốc dạng phức nhƣ sau: ri  ci di  ni (2.16) Ơ ci mẫu kênh nhận đƣợc với phƣơng sai   SNR SNR tỷ số tín hiệu nhiễu kênh, di symbol liệu (với lƣợng trung bình đơn vị), ni AWGN 40 Mỗi tín hiệu dạng phức phƣơng sai nhiễu phần thực ảo   Với 2 tổng công suất nhiễu  toång  Cho điều chế PSK, cơng thức sau đƣợc sử dụng để tìm trung bình phƣơng sai khối liệu thu tại: N (2.17a) z   ri N i 1 T2   N   ri  c 'i N   i 1      (2.17b) Trong công thức trên, z đặc trƣng cho giá trị trung bình tín hiệu thu đƣợc, T đặc trƣng cho phƣơng sai tín hiệu, N số symbol qua thông tin thống kê đƣợc đánh giá Chú ý tính tốn phƣơng sai phụ thuộc vào đánh giá kênh ci từ đánh giá FFT Hơn hiệu ứng điều chế đƣợc giới hạn độ lớn tín hiệu thu đƣợc Trong vài đánh giá, trung bình tín hiệu đƣợc sử dụng thay cho mẫu kênh ci Tuy nhiên, điều dẫn tới ƣớc lƣợng bị lệch vùng SNR cao với tốc độ Doppler vừa phải Cho sơ đồ điều chế cho nhiều mức công suất giống nhƣ QAM có cơng thức khác để tính tốn giá trị trung bình phƣơng sai tín hiệu: T2  N N ri  dˆ (2.18a)  N ˆ    ri  c 'i di  N   i 1  (2.18b) z i 1 i Các sơ đồ nhiều mức công suất, symbol liệu cần chuyển dịch hiệu ứng mà nhiều mức ˆ cơng suất có đƣợc dựa đánh giá Điều đạt đƣợc sử dụng đánh giá symbol, d i Để sử dụng cơng thức này, có cách để xác định SNR từ chúng SNR đƣợc tính tốn nhƣ sau:  N 3 z   2 N  N 1  T (2.19) Công thức 2.19 đơn giản cơng suất tín hiệu chia cho cơng suất nhiễu Các đơn vị  tuyến tính, phải chuyển đơn vị thành decibel (dB) Chúng ta nên ý  đánh giá giới hạn ngắn dựa giá trị T2 z Khi công suất nhiễu không đổi thời gian dài, cải thiện đánh giá SNR cách tạo đánh giá nhiễu dài hạn Để thu đƣợc trung bình dài hạn, ta sử dụng cơng thức sau [2] để xác định phƣơng sai dài hạn: 2 Tlong  n   0.99Tlong  n  1  0.01T  n  (2.20) Tuy nhiên, phƣơng pháp tạo thời gian để hội tụ đánh giá đáng tin cậy Chúng ta sửa đổi phƣơng trình để phù hợp với nhu cầu Nhƣ đánh giá công suất nhiễu nhƣ sau: 41 Tlong  n   n 2 Tlong  n  1  T n n 1 n 1 (2.21) Trong công thức 2.21, vài mẫu cịn có trọng số hơn, nhƣng không nhiều nhƣ 2.20 Trong trƣờng hợp này, hội tụ đánh giá SNR nhanh 2.6.6 Dự đoán kênh Ý tƣởng dự đoán kênh sử dụng mẫu kênh khứ để dự đoán mẫu tƣơng lai Chúng ta sử dụng sơ đồ dự đoán cho mục đích đặc biệt việc dự đốn mức cơng suất tƣơng lai kênh Rayleigh Lý dự đoán kênh Rayleigh tƣơng lai kết phần trƣớc việc nhận biết kênh cũ nguyên nhân gây suy giảm với việc điều chế thích nghi Với dự đốn, đánh giá mức cơng suất tƣơng lai kênh, nhƣ vấn đề trễ đƣờng truyền biết trạng thái kênh trƣớc thời gian máy phát nhận thông tin điều khiển từ máy thu Dự đốn tuyến tính Đó cơng việc quan trọng đƣợc làm lĩnh vực dự đoán tuyến tính, đƣợc sử dụng để dự đốn kênh N (2.22) c t    Ai e j 2 fct i N i 1 Chú ý kênh phụ thuộc vào pha tần số đƣờng hình sin (chúng ta chuẩn hố tất thành phần tán xạ thành đơn vị công suất Ai =1) Với thông tin này, biết đƣợc tƣơng quan từ mẫu sang mẫu, không giống AWGN Do vậy, tận dụng thuộc tính xác định dự đoán giá trị kênh thời điểm sau Để dự đoán kênh Rayleigh, sử dụng đánh giá phổ tƣơng ứng với phƣơng pháp Entropy cực đại (MEM-Maximum Entropy Method) cho dự đoán tuyến tính Mục đích MEM cung cấp tập hệ số, cực để sử dụng nhƣ ngõ vào để dự đốn tuyến tính Sử dụng MEM, có đáp ứng tần số kênh đƣợc mơ hình nhƣ sau: H  z  p 1  d j z j (2.23) j 1 Trong công thức 2.23, dj‟ hệ số dự đốn tuyến tính, đƣợc sử dụng dự đốn tuyến tính, với hệ số p Dự đốn trƣờng hợp đơn giản hàm tổng tích p cn '   d j cn  j (2.24) j 1 Với cn‟ giá trị đƣợc dự đốn dựa vào tổ hợp tuyến tính p giá trị trƣớc đƣợc nhân với hệ số dự đoán Để dự đoán nhiều mẫu tƣơng lai, cần xem mẫu đƣợc dự đốn gần Chúng ta dự đốn xa nhƣ mong muốn Nhƣng 42 đƣơng nhiên, điều xác có từ lỗi tích luỹ Xác định hệ số dự đốn qua phƣơng pháp tự tƣơng quan, hàm tự tƣơng quan thấy nhƣ sau: N j (2.25)  j  yi yi  j   yi yi  j N  j i 1 Sử dụng kết này, hệ đốn đƣợc tìm qua hàm sau: M  j 1 j k d j  k , với k = (1, ,M) (2.26) Ở M số cực để tính tốn, đƣợc định user; nhiều cực hơn, dự đoán xác Đƣơng nhiên, khơng thể có nhiều điểm cực mẫu kênh có Tuy nhiên thực tế, phƣơng pháp không để tính tốn hệ số dự đốn cách rõ ràng Thay vào sử dụng thuật toán đệ quy cung cấp [6] sử dụng phƣơng pháp đệ quy để tính tốn k Trong trƣờng hợp, giải thuật dự đốn tuyến tính tốt cho tín hiệu mịn (smooth) dao động, mà mơ tả fading Rayleigh có phần xác Hình 18: Mơ tả dự đốn kênh 43 CHƢƠNG III: MƠ PHỎNG Q trình truyền dẫn qua kênh thơng tin vô tuyến thực tế chịu nhiều ảnh hƣởng xấu nhiễu, điều đặt cho nhà nghiên cứu cần phải nghiên cứu đƣa nhiều giải pháp cho phƣơng thức truyền dẫn thông tin qua môi trƣờng vô tuyến cách tốt sử dụng nguồn tài ngun vơ tuyến có giới hạn thiên nhiên, để nhìn nhận rõ ràng đề cập thực chƣơng trình mơ với mục đích minh họa cách trực quan ảng hƣởng bất lợi kênh thông tin vô tuyến, đồng thời qua để thấy đƣợc hiệu giải pháp điều chế thích nghi đảm bảo đƣợc tỷ số lỗi bít theo yêu cầu đạt mà đạt đƣợc hiệu suất phổ tốt Thiết kế chƣơng trình mơ Một hệ thống thơng tin sử dụng điều chế thích nghi gồm có máy phát, kênh truyền máy thu Ở máy phát, tín hiệu đƣợc điều chế theo phƣơng pháp BPSK, QPSK, 16QAM, 64QAM đƣợc chèn symbol pilot qua lọc băng thông, phát Tín hiệu đến máy thu sau qua kênh truyền có loại nhiễu: nhiễu trắng, fading Để có đƣợc liệu ban đầu, tín hiệu thu đƣợc tách symbol pilot, sau qua giải điều chế, lọc thông thấp, đến định Đồng thời symbol pilot đƣợc tách sử dụng nội suy để đánh giá trạng thái kênh tại, thông tin sau đo đạc đƣợc đƣa tới máy phát để định chọn lựa sơ đồ điều chế cho khung truyền Nguồn Mã hoá Ngƣỡng chuyển mạch điều chế Điều chế Chèn Pilot Kênh truyền Giải mã Sink Đo đạc kênh Giải điều chế Hình 1: Mơ hình tổng thể chương trình mơ Nhập thông số - Thông số liệu: chuỗi bít nhị phân ngẫu nhiên - Mức BER ngƣỡng cho điều chế thích nghi - Phạm vi dãi động k (dB) Độ trễ phản hồi (số khung trễ) Nhập thơng số đặc tính kênh - Nhiễu Gauss - Nhiễu fading Độ biến động SNR kênh Kết mơ Xố Pilot 44 - BER - Hiệu suất phổ - Sơ đồ điều chế sử dụng - SNR kênh Lƣu đồ giải thuật mơ Hình 3.1 mơ hình mơ tổng thể đƣợc sử dụng chƣơng trình để mơ ảnh hƣởng nhiễu hiệu sơ đồ điều chế thích nghi Mục đích chƣơng trình mơ tính đƣợc BER hiệu suất phổ qua giá trị dãi động độ trễ phản hồi khác ảnh hƣởng đến BER hiệu suất phổ điều chế thích nghi nhƣ đồng thời so sánh hiệu phổ điều chế thích nghi với sơ đồ điều chế khơng thích nghi với điều kiện mơi trƣờng Có thể khái quát chức hoạt động khối lƣu đồ nhƣ sau:  Nguồn: khối dùng để tạo luồng symbol thông tin ngẫu nhiên  Mã hố: khối mã hố luồng thơng tin ngẫu nhiên sang dạng mã Gray  Khối ngƣỡng chuyển mạch điều chế: thiết lập mức ngƣỡng chuyển mạch điều chế theo SNR giá trị BER đích đƣợc yêu cầu cho sơ đồ đƣợc lựa chọn để thích nghi điều chế (BPSK,QPSK,16QAM,64QAM)  Khối điều chế: dùng để điều chế luồng symbol sang miền khơng gian tín hiệu tƣơng ứng (sử dụng điều chế BPSK, QPSK 16QAM, 64QAM)  Chèn pilot: khối dùng để chèn pilot tƣơng ứng cho sơ đồ điều chế đƣợc lựa chọn: Điều chế BPSK QPSK 16QAM 64QAM Số bit symbol Symbol pilot 1+j0 1+j 3+j3 7+j7  Kênh truyền: chƣơng trình kênh truyền đƣợc xem chịu ảnh hƣởng nhiễu tạp âm trắng AWGN nhiễu nhân Fading - Bộ tạo Fading (Rayleigh) tạo trình fading (với phân bố Rayleigh) nhân vào dạng sóng tín hiệu phát để mơ điều chế thích nghi kênh fading  Bộ tạo AWGN: khối cộng thêm nhiễu trắng Gauss vào dạng sóng tín hiệu phát Xố pilot: khối tách pilot tín hiệu thu đƣợc để phân tích đánh giá dự đốn kênh Bộ thu tín hiệu: thực giải điều chế tín hiệu giải mã luồng thông tin thu Đo đạc kênh: dùng để đo đạc giá trị SNR kênh để phản hồi lại khối ngƣỡng chuyển mạch điều chế Sink: dùng để tính BER hiệu suất phổ thu đƣợc    - Tính ABER (BER điều chế thích nghi) = Tổng số bít lỗi/ tổng số bít thu - Tính ABPS (hiệu suất phổ điều chế thích nghi): ABPS = 1*%BPSK + 2*%QPSK + 4*%16QAM + 6*%64QAM 45 Giải Thuật Chuyển mạch Điều Chế Thích Nghi Begin Nhập chuỗi liệu ngẫu nhiên Nhập BER_threshold Dãi dộng k Khoảng chèn Pilot Độ trễ phản hồi fdbackdl kênh SNR BPSK_threshold SNR QPSK_threshold  SNR  16QAM_threshold SNR 64QAM_threshold index = 1,i=0,SNR = SNRcurrent, SNRchann=[] S Data_length  Đ Không truyền SNR = SNRchannel SNR  SNRBPSK_thres+k Đ S SNR  SNRBPSK_thres-k SNR  SNRQPSK_thres+k Đ Điều chế BPSK SNRchann(1,index) = SNRchannel i=1+1 index= index+1 S Feedback = Fdback=i Đ S Đ Feedback = index=index+1,i=0 SNR=SNRchann(1,index-fdbackdl-1) (4) (3) (1) 46 (4) (3) (1) S SNR  SNRQPSK_thres-k SNR  SNR16QAM_thres+k Đ Điều chế QPSK SNRchann(1,index) = SNRchannel i=1+1 index= index+1 S Feedback = Fdback=i Đ S Đ Feedback = index=index+1,i=0 SNR=SNRchann(1,index-fdbackdl-1) S SNR  SNR16QAM_thres-k SNR  SNR64QAM_thres+k Đ Điều chế 16QAM SNRchann(1,index) = SNRchannel i=1+1 index= index+1 S Feedback = Fdback=i Đ S Đ Feedback = index=index+1,i=0 SNR=SNRchann(1,index-fdbackdl-1) (4) (3) (2) 47 (4) (3) (2) S SNR  SNR64QAM_thres-k Đ Điều chế 16QAM SNRchann(1,index) = SNRchannel i=1+1 index= index+1 S Feedback = Fdback=i Đ S Đ Feedback = index=index+1,i=0 SNR=SNRchann(1,index-fdbackdl-1) End 48 Giao diện mơ Hình 2: Giao diện mơ điều chế thích nghi Hình 3: Giao diện vẽ ber 49 Kết mô Ƣng dụng phần mềm Matlab 2007b để xây dựng chƣơng trình mơ kênh truyền với thơng số đầu vào là: - Số bít ngẫu nhiên: 5000000 - BER ngƣỡng 0.0001 - Khoảng pilot 50 - Phạm vi dãi động k (dB) - Kênh nhiễu AWGN - Độ trễ phản hồi delay (frame) - SNR kênh tăng tuyến tính từ dB -> 40 dB Hình 4: BER ngưỡng 1.e-4,k = 0dB,delay = 0, hiệu suất phổ đạt 4,8172 50 Hình 5: BER ngưỡng 1.e-3,k=0dB,delay=0,hiệu suất phổ đạt 4.83 Hình 6: Đồ thị BER cho k=0.1dB(đƣờng trên) k=0.2dB(đƣờng dƣới), ứng với BER ngưỡng 1.e-4,delay=0 51 Hình 7: Đồ thị BER cho delay=5 (đƣờng trên) delay=10 (đƣờng dƣới), ứng với BER ngưỡng 1.e-4,k=0.1dB 52 KẾT LUẬN Trong luận văn này, nghiên cứu yếu tố tác động đến thực điều chế thích nghi Điểm tác động đánh giá kênh đánh giá đặc tính (SNR) kênh Việc thực đƣợc đo theo giới hạn hiệu suất phổ tỷ số lỗi bít Việc đánh giá kênh đƣợc nghiên cứu sử dụng điều chế kênh fading phẳng Chúng ta thấy FFT sử dụng để đánh giá kênh cung cấp nội suy xác Chúng ta khảo sát mơi trƣờng để điều chế thích nghi sử dụng dự đốn tuyến tính để dự đốn mức công suất kênh tƣơng lai fading nhanh Ý tƣởng điều chế thích nghi cải thiện hiệu suất phổ hiệu lƣợng việc sử dụng BPSK QPSK kênh thấp sử dụng QAM kênh tốt Các kết mô đƣợc cung cấp mô điều chế thích nghi với có mặt đánh giá kênh, độ trãi trễ, phạm vi dãi động khác Chúng ta nghiên cứu tác động yếu tố dựa thực BER hiệu phổ Hƣớng phát triển Công việc cung cấp vài vấn đề thực tế liên quan đến điều chế thích nghi Chúng ta tổng kết phƣơng hƣớng cho luận văn - Mơ hình kênh bao gồm kênh fading phẳng Nó thích hợp để nghiên cứu dự đoán kênh fading lựa chọn tần số - Dự đốn tuyến tính phƣơng pháp đƣợc sử dụng luận văn Các phƣơng pháp dự đoán khác đƣợc lựa chọn để sử dụng nhƣ: ESPIRIT, MUSIC, dự đốn khơng tuyến tính - Thay điều chế thích nghi, phƣơng hƣớng mã hố thích nghi Xa có thay đổi sơ đồ điều chế thích nghi, giữ trạng thái điều chế thay đổi tốc độ mã hoá - Hầu hết liệu hệ thống thơng tin sử dụng kỹ thuật mã hố để giảm lỗi bít Mã chập cách đƣợc sử dụng cho mục đích Do vậy, nghiên cứu điều chế thích nghi với mã hố thích nghi lĩnh vực nghiên cứu khác - Trong mơ giả thiết kênh điều khiển lỗi tự do, cho thấy để thực ảnh hƣởng kênh khơng hồn hảo - Chúng ta sử dụng đƣờng đơn mà không sử dụng ISI Một nghiên cứu nhiều ngƣời dùng thích hợp mơ (11.1 53 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] [2] [3] [4] [5] Thông tin di động hệ ba – Tiến sĩ Nguyễn Phạm Anh Dũng Thông tin di động – TS Hồ Văn Cừu, TS Phạm Thanh Đàm Cơ sở lý thuyết truyền tin (tập 2) – Đặng Văn Chuyết, Nguyễn Tuấn Anh – Nhà xuất giáo dục Lập trình Matlab – Nguyễn Hoàng Hải, Nguyễn Khắc Kiểm, Nguyễn Trung Dũng, Hà Trần Đức – Nhà xuất khoa học kỹ thuật Vi ba số - Bùi Thiện Minh – Nhà xuất bƣu điện ... thi Điều chế thích nghi truyền thơng vơ tuyến thật đóng vai trị quan trọng, điều chế thích nghi cung cấp hiệu sử dụng sơ đồ điều chế cố định Điều chế thích nghi đƣợc sử dụng modem (DMT) Điều chế. .. kênh điều chế thích nghi Giả thiết SNR kênh tức thời đƣợc biết Chúng ta nghiên cứu tác động SNR ƣớc đốn kênh dựa điều chế thích nghi Kỹ thuật điều chế thích nghi sử dụng đánh giá SNR thu (điều. .. HỆ THƠNG ĐIỀU CHẾ THÍCH NGHI Nguồn Mã hoá NgƣỡngChuyển mạch điều chế Điều chế Chèn Pilot Kênh truyền Sink Giải mã Đo đạc kênh Giải điều chế Xố Pilot Hình 1: Sơ đồ khối hệ thống điều chế thích nghi