Đánh giá chất lượng của BER, SER của 2 phương pháp 16 QAM và 64 QAM trên kênh nhiễu trắng Rayleigh trên hệ thống OFDM

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐIỆN-ĐIỆN TỬ
KHOA ĐIỆN TỬ

BÁO CÁO: THÔNG TIN VÔ TUYẾN

ĐỀ 5: ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG CỦA BER, SER
CỦA 2 PHƯƠNG 16 QAM VÀ 64 QAM TRÊN KÊNH
NHIỀU TRẮNG RAYLEIGH TRÊN HỆ THỐNG
OFDM
Giảng viên hướng dẫn: TS. NGUYỄN THU NGA
Nhóm sinh viên thực hiện: Nhóm 02
1. Vũ Đức Anh – 20198114
2. Hà Trung Hải - 20198127
3. Nguyễn Trọng Lâm – 20198135
4. Nguyễn Hoàng Ly – 20198138
5. Phạm Ngọc Thành - 20198151
Hà Nội, 2 - 2023


LỜI MỞ ĐẦU

Các phương tiện thơng tin nói chung được chia thành hai phương pháp
thơng tin cơ bản, đó là thông tin vô tuyến và thông tin hữu tuyến. Mạng thông
tin vô tuyến ngày nay đã trở thành một phương tiện thông tin chủ yếu, thuận
tiện cho cuộc sống hiện đại. Mơn học này có nhiệm vụ truyền đạt cho sinh
viên những kiến thức cơ bản về các đặc tính, các mơ hình kênh vơ tuyến, kiến
trúc lớp vật lý, lớp điều khiển đa truy nhập (MAC layer), các vấn đề về quản
lý tài nguyên vô tuyến, và vấn đề về thiết kế các hệ thống thông tin vô tuyến.
Ngày nay, nhu cầu truyền thông không dây càng ngày càng tăng cao. Các
hệ thống thơng tin tương lai địi hỏi phải có dung lượng cao hơn, độ tin cậy

tốt hơn, sử dụng băng thông hiệu quả hơn, khả năng chống nhiễu tốt hơn. Hệ
thống thông tin truyền thông và các phương pháp ghép kênh cũ khơng cịn
khả năng đáp ứng được yêu cầu của hệ thống thông tin tương lai. Để khắc
phục điều đó, dựa trên cách chia kênh thơng tin ra thành nhiều kênh con fading
phẳng băng hẹp, các hệ thống OFDM chứa fading lựa chọn tần số tốt hơn
những hệ thống sóng mang đơn và có khả năng loại bỏ nhiễu phân tập đa
đường (ISI) rất phù hợp cho hệ thống viễn thông hiện nay.
Để đáp ứng nhu cầu tìm hiểu trên, nhóm chúng em đã chọn đề tài nhằm
nắm được một số kiến thức cơ bản và điều kiện để hồn thành học phần mơn
“Thơng tin vơ tuyến”.
Bài tập này được hoàn thành dưới sự hướng dẫn của cô Nguyễn Thu Nga,
chúng em xin chân thành cảm ơn sự hỗ trợ của cô. Tuy nhiên, do lượng kiến
thức và thời gian hồn thành đề tài cịn hạn hẹp, do đó khơng thể tránh khỏi
những sai sót. Nhóm chúng em rất mong nhận được những đóng góp, phê
bình, chia sẻ của thầy để các sản phẩm tiếp theo của nhóm sẽ hồn thiện hơn.
Chúng em xin chân thành cảm ơn!

2


MỤC LỤC
LỜI MỞ ĐẦU ................................................................................................................................. 2
MỤC LỤC ....................................................................................................................................... 3
DANH MỤC HÌNH ẢNH .............................................................................................................. 4
PHẦN I. TỔNG QUAN.................................................................................................................. 5
1.1. Lịch sử phát triển của hệ thống OFDM [1] ........................................................................ 5
1.2. Các ưu và nhược điểm của hệ thống OFDM [1]................................................................. 6
1.3. Kiến trúc bộ phát tín hiệu OFDM [2] ................................................................................. 7
1.4. Hệ thống thu – giải mã tín hiệu OFDM [2] ....................................................................... 11
1.5. Kênh theo phân bố Rayleigh .............................................................................................. 12

1.6. Bit Error Rate – Tỷ số lỗi bit BER [3]............................................................................... 13
1.7. Symbol Error Rate – SER .................................................................................................. 14
PHẦN II. MÔ PHỎNG ................................................................................................................ 16
1. Mô phỏng SER trên kênh AWGN ......................................................................................... 16
2. Mô phỏng BER trên kênh AWGN......................................................................................... 19
3. Mô phỏng SER & BER trên kênh truyền Rayleigh ............................................................. 22
PHẦN III. ĐÁNH GIÁ VÀ KẾT LUẬN .................................................................................... 25
I. Đánh giá ................................................................................................................................... 25
1.

BER 16 và 64 QAM trên kênh Rayleigh nhiễu trắng trong hệ thống OFDM ............... 25

2.

SER 16 và 64 QAM trên kênh Rayleigh nhiễu trắng trong hệ thống OFDM ............... 26

3.

Đánh giá chất lượng hai chiều BER 16 và 64 QAM trên kênh AWGN trên hệ

thống OFDM ................................................................................................................................. 27
4.

Đánh giá chất lượng hai chiều SER 16 và 64 QAM trên kênh AWGN trên hệ

thống OFDM ................................................................................................................................. 29
II.

Kết luận ................................................................................................................................ 29

TÀI LIỆU THAM KHẢO............................................................... Error! Bookmark not defined.

3


DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1. Sơ đồ hệ thống OFDM (A) Phát [2] ....................................................... 7
Hình 2. Chèn zeros vào phần băng tần khơng sử dụng [2] .................................. 8
Hình 3. Bộ chèn sóng mang ảo với số sóng mang tín hiệu K=52, số điểm
FFT là 64 [2] ........................................................................................................ 9
Hình 4. Đầu ra khối IFFT với N=64 [2] .............................................................. 9
Hình 5. Cấu tạo một tín hiệu OFDM [2]............................................................ 10
Hình 6. Bộ A/D và D/A [2]................................................................................ 11
Hình 7. Sơ đồ hệ thống OFDM (B) Thu [2] ...................................................... 12
Hình 8. Phân bố Rayleigh [2] ............................................................................ 13
Hình 9. Gọi hàm và khai báo các thơng số ........................................................ 16
Hình 10. Vịng lặp for tính tốn tỷ lệ lỗi ký hiệu lý thuyết và mơ phỏng.......... 16
Hình 11. Khai báo các thông số trên biểu đồ ..................................................... 16
Hình 12. Sử dụng hàm mơ phỏng simSer và khai báo các tham số .................. 17
Hình 13. Tạo điều kiện mô phỏng và khai báo các tham số bên phát ............... 17
Hình 14. Tạo điều kiện mơ phỏng và khai báo các tham số bên thu ................. 18
Hình 15. Làm trịn và chuyển sang vecto sau đó tiến hành đếm lỗi .................. 18
Hình 16. Biểu đồ đường mơ phỏng và lý thuyết 16/64 QAM ........................... 19
Hình 17. Khởi tạo............................................................................................... 19
Hình 18. Khai báo các hàm cơ bản .................................................................... 19
Hình 19. Tạo Modulator và các thơng số khác .................................................. 20
Hình 20. Khai báo biến trong vịng lặp for ........................................................ 20
Hình 21. Xây dựng bộ phát mơ hình vịng trong, mơ hình kênh và bộ thu cho
Eb/No ................................................................................................................. 20
Hình 22. Tính tốn BER .................................................................................... 21

Hình 23. Sử dụng hàm Plot để vẽ biểu đồ ......................................................... 21
Hình 24. CHú thích biểu đồ ............................................................................... 21
Hình 25. Kết quả mơ phỏng theo lý thuyết ........................................................ 22
Hình 26. Mơ phỏng lý thuyết SER 16/64 QAM ................................................ 22
Hình 27. Mơ phỏng lý thuyết BER 16/64 .......................................................... 23
Hình 28. Kết quả mô phỏng theo lý thuyết SER 16/64 QAM ........................... 23
Hình 29. Kết quả mơ phỏng theo lý thuyết BER 16/64 QAM .......................... 24
Hình 30. Kết quả mơ phỏng BER 16 và 64 QAM trên kênh Rayleigh nhiễu
trắng ................................................................................................................... 25
Hình 31. Kết quả mơ phỏng SER 16 và 64 QAM trên kênh Rayleigh nhiễu
trắng ................................................................................................................... 26
Hình 32. Kết quả mô phỏng BER 16 và 64 QAM trên kênh AWGN .............. 28
Hình 33. Kết quả mơ phỏng SER 16 và 64 QAM trên kênh AWGN ............... 29

4


PHẦN I. TỔNG QUAN
1.1.

Lịch sử phát triển của hệ thống OFDM [1]
Kỹ thuật điều chế OFDM là một trường hợp đặc biệt của phương pháp

điều chế đa sóng mang trong đó có các sóng mang phụ thuộc trực giao với
nhau, nhờ vậy phổ tín hiệu ở các sóng mang phụ cho phép chồng lấn lên nhau
mà phía thu vẫn có thể khơi phục lại tín hiệu ban đầu. Sự chơng phổ tín hiệu
làm cho hệ thống OFDM có hiệu suất sử dụng phổ lớn hơn nhiều so với các
kỹ thuật điều chế thông thường.
Kỹ thuật OFDM do R.W Chang phát minh năm 1966 ở Mỹ. Trong
những thập kỷ vừa qua, nhiều những cơng trình khoa học về kỹ thuật này đã

được thực hiện ở khắp nơi trên thế giới. Đặc biệt là các cơng trình khoa học
của Weistein và Ebert, người đã chứng minh rằng phép điêu chế OFDM có
thể thực hiện được thông qua biến đổi IDFT và phép giải điều chế OFDM có
thể thực hiện được bằng phép biến đổi DFT. Phats minh này cùng với sự phát
triển của kỹ thuật số làm cho kỹ thuật điều chế OFDM được ứng dụng ngày
càng trở lên rộng rãi. Thay vì sử dụng IDFT và DFT người ta có thể sử dụng
phép biến đổi nhanh IFFT cho bộ điều chế OFDM, sử dụng FFT cho bộ giải
điều chế OFDM.
Ngày nay kỹ thuật OFDM còn kết hợp với các phương pháp mã kênh
sử dụng trong thông tin vô tuyến. Các hệ thống này còn được gọi với khái
niệm là COFDM (Code OFDM). Trong các hệ thống này tín hiệu trước khi
được điều chế OFDM sẽ được mã kênh với các loại mã khác nhau với mục
đích chống lại các lỗi đường truyền. Do chất lượng kênh (độ fading và tỷ lệ
tín hiệu lỗi trên tạp âm) của mỗi sóng mang phụ là khác nhau, người ta thực
hiện điều chế tín hiệu trên mỗi sóng mang phụ với các mức điều chế khác
nhau. Hệ thống này mở ra khái niệm về hệ thống truyền dẫn sử dụng kỹ thuật
OFDM với bộ điều chế tín hiệu thích ứng (adaptive modulation technique).
Kỹ thuật này hiện đã được sử dụng trong hệ thống tin máy tính băng rộng
5


HiperLAN/2 ở châu Âu. Trên thế giới hệ thống này được chuẩn hóa theo tiêu
chuẩn IEEE.802.11a.
1.2.

Các ưu và nhược điểm của hệ thống OFDM [1]

Bên cạnh những ưu điểm trên của kỹ thuật OFDM, các hệ thống sử dụng
kỹ thuật này cịn có nhiều những ưu điểm cơ bản khác liệt kê sau đây:
•

Hệ thống OFDM có thể loại bỏ hoàn toàn nhiễu phân tập đa đường
(ISI) nếu độ dài chuỗi bảo vệ (guard interval length) lớn hơn trễ truyền
dẫn lớn nhất của kênh.

•

Phù hợp cho việc thiết kế hệ thống băng rộng (hệ thống có tốc độ truyền
dẫn cao), do ảnh hưởng của sự phân tập về tần số (frequency selectivity)
đối với chất lượng hệ thống được giảm nhiều so với hệ thống truyền
dẫn đơn sóng mang.

•

Hệ thống có cấu trúc bộ thu đơn giản do không cần phải sử dụng các
kiến trúc máy thu phức tạp để triệt nhiễu ISI, cũng như phương pháp
cân bằng kênh phức tạp trên miền tần số. Lý do là vì kênh truyền xem
xét trên bề rộng khác khe sóng mang con thường được thiết kế sao cho
nó là kênh fading tương đối phẳng trên từng khe sóng mang con.

Kỹ thuật OFDM có một vài nhược điểm cơ bản đó là:
•

Đường bao biên độ của tín hiệu phát khơng bằng phẳng. Điều này gây
ra méo phi tuyến ở các bộ khuếch đại công suất phía phát và thu. Cho
đến nay nhiều kỹ thuật khác nhau đã được đưa ra để khắc phục nhược
điểm này.

•

Sự sử dụng chuỗi bảo vệ tránh được nhiễu phân tập đa đường nhưng
lại làm giảm đi một phần hiệu suất đường truyền, do bản thân chuỗi
bảo vệ không mang tin có ích.

•

Do u cầu về điều kiện trực giao giữa các sóng mang phụ, hệ thống
OFDM rất nhạy cảm với hiệu ứng Doppler cũng như là sự dịch tần số
(frequency offset) và dịch thời gian (time offset) do sai số đồng bộ.
6


•

Ngày nay kỹ thuật OFDM đã được tiêu chuẩn hóa là phương pháp điều
chế cho các hệ thống phát thanh số DAB và DRM, truyền hình mặt đất
DVB-T, mạng máy tính khơng dây với tốc độ truyền dẫn cao
HiperLAN/2, mạng di động 4G…

1.3.

Kiến trúc bộ phát tín hiệu OFDM [2]

Để thực hiện điều chế OFDM, trong thực tế người ta thay thế khối điều
chế nhân sóng mang bằng phép biến đổi Fourier ngược IFFT. Việc sử dụng
IFFT chính là yếu tố quan trọng nhất cho phép điều chế OFDM trở thành thực
tiễn. IFFT cũng là điểm vượt trội của OFDM so với FDM khi cho phép điều
chế hàng ngàn kênh cùng một lúc, điều này rất khó thực hiện nếu sử dụng kỹ
thuật FDM. Sơ đồ dưới đây chỉ ra các điều chế OFDM trong thực tế.

Hình 1. Sơ đồ hệ thống OFDM (A) Phát [2]

Nguyên lý hoạt động của hệ thống phát như sau:
•

S/P: Serial to Parallel – là bộ biến đổi từ nối tiếp sang song song mục đích
của việc này là tách từ một dịng bit tốc độ cao thành K dòng bit tốc độ
thấp hơn. K ở đây cũng chính là số sóng mang mang dữ liệu của hệ thống.

•

M-QAM: Điều chế M-QAM là q trình ánh xạ các cặp bit ở đầu vào A
thành các tín hiệu phức trong chịm sao điều chế M-QAM ở đầu ra B.

•

Chèn sóng mang ảo (Zeros insertion): Chèn sóng mang ảo trong OFDM
nhằm hai mục đích. Mục đích thứ nhất là để đảm bảo thành phần trung
7


bình một chiều trong tín hiệu bằng khơng. Mục đích thứ hai là để tạo
khoảng bảo vệ tần số giữa các hệ thống thông tin để tránh nhiễu giao thoa
tần số. Nhiễu này còn gọi là nhiễu ICI (Intercarrier Interference) là nhiễu
ảnh hưởng giao thoa tần số giữa các hệ thống có tần số lân cận nhau. Để
giảm bớt nhiễu này giữa các hệ thống phải có khoảng bảo vệ tần số.
Khoảng bảo vệ tần số là các sóng mang ảo (sóng mang khơng mang dữ
liệu) được chèn ở vùng tần số hai biên (biên trên và biên dưới) của vùng
tần số dữ liệu cần bảo vệ (Hình 2)

Hình 2. Chèn zeros vào phần băng tần không sử dụng [2]

Để thực hiện chèn zeros ta làm như sau. Tín hiệu đầu vào khối IFFT từ 𝐶0 đến
𝐶𝑁−1 tương ứng với các sóng mang của hệ thống OFDM (Chú ý 𝑁 ≥ 𝐾).

8


Hình 3. Bộ chèn sóng mang ảo với số sóng mang tín hiệu K=52, số điểm
FFT là 64 [2]
•

IFFT: Biến đổi Fourier ngược nhằm biến đổi tín hiệu từ miền tần số sang
miền thời gian.

Hình 4. Đầu ra khối IFFT với N=64 [2]

9


Như vậy các tín hiệu tại C chính là các tín hiệu trong miền tần số. Ở đây giá
trị N chính là các tần số sóng mang trong hệ thống OFDM. Việc biến đổi IFFT
và FFT có thể tính theo công thức 1.3.1
𝟐𝝅

𝟏

𝒋 𝒌𝒏
𝑵
𝑰𝑭𝑭𝑻: 𝒙𝒏 = ∑𝑵−𝟏

𝒌=𝟎 𝑿𝒌 . 𝒆
𝑵

𝑵−𝟏

𝟐𝝅

𝑭𝑭𝑻: 𝑿𝒌 = ∑ 𝒙𝒏 . 𝒆−𝒋 𝑵 𝒌𝒏

𝒏, 𝒌 = 𝟎 ÷ 𝑵 − 𝟏

(1.3.1)

𝒏, 𝒌 = 𝟎 ÷ 𝑵 − 𝟏

𝒏=𝒐

•

Chèn khoảng bảo vệ (Guard insertion): Chèn khoảng bảo vệ nhằm mục
đích chống nhiễu ISI (Intersymbol Interference) là nhiễu giao thoa giữa
các kí hiệu OFDM trong một hệ thống. Nhiễu này là nhiễu do ảnh hưởng
của kênh đa đường sinh ra. Nhiễu ISI là nhiễu từ tín hiệu đằng trước ảnh
hưởng đến tín hiệu đằng sau và nguyên nhân là do kênh truyền. Đối với
hệ thống OFDM, để tránh bị ảnh hưởng từ tín hiệu đằng trước ra tín hiệu
đằng sau thì ta cần chèn khoảng bảo vệ. Độ dài của khoảng bảo vệ sẽ phụ
thuộc kênh truyền, do vậy độ dài này là khác nhau với hệ thống khác nhau.
Tuy nhiên nguyên tắc chung của OFDM là khi chèn khoảng bảo vệ, thay
vì việc chèn các số khơng vào khoảng trống giữa các ký hiệu, người ta lại
copy phần đi của ký hiệu và đưa nó lên trên đầu của ký hiệu đó. Việc

này sẽ giúp cho việc khôi phục và đồng bộ trong OFDM trở nên dễ dàng
hơn.

Hình 5. Cấu tạo một tín hiệu OFDM [2]
10


Ở đây: 𝑓𝐿𝑀 là tần số lấy mẫu 𝑇𝑆 là độ dài một tín hiệu OFDM
•

P/S: Biến đổi từ song song sang nối tiếp. Để truyền được tín hiệu trên
đường truyền thì các tín hiệu phải được sắp xếp một cách nối tiếp nhau
khi truyền đi.

•

Bộ biến đổi D/A và A/D

•

Các tín hiệu số rời rạc sẽ được chuyển thành tín hiệu tương tự khi đi qua
bộ biến đổi D/A, ở bên thu sẽ diễn ra quá trình ngược lại…

Hình 6. Bộ A/D và D/A [2]

Chú ý rằng sau khi biến đổi D/A là tín hiệu tương tự ở băng tần cơ sở. Độ
rộng băng thơng của tín hiệu này hoàn toàn phụ thuộc vào tần số lấy mẫu
trong quá trình biến đổi D/A. Độ rộng băng tần B của tín hiệu tính 𝐵 =

𝑓𝐿𝑀

2

.

Tần số lớn nhất của tín hiệu 𝑓𝑆 < 𝐵. Tín hiệu này có thể truyền được trên
đường truyền có dây. Để truyền được trên đường truyền vơ tuyến, cũng giống
như các tín hiệu điều chế PAM, QAM, tín hiệu ở băng tần cơ sở phải được
điều chế lên sóng mang bằng bộ điều chế I/Q.
1.4.

Hệ thống thu – giải mã tín hiệu OFDM [2]

Sơ đồ hệ thống thu được mơ tả ở Hình 7. Q trình giải mã tín hiệu được
thực hiện ngược lại với q trình mã hóa bên phát. Tuy nhiên để thực hiện
11


giải mã thành cơng tín hiệu cần thực hiện hai bước quan trọng là đồng bộ và
ước lượng kênh truyền.

Hình 7. Sơ đồ hệ thống OFDM (B) Thu [2]
•

Đầu tiên, tín hiệu OFDM thu được sẽ được chuyển đổi xuống băng tần cơ
sở bằng việc nhân với sóng mang tín hiệu. Việc tách tín hiệu phần thực và
phần ảo được thực hiện thơng qua nhân với sóng mang sin và cos sau đó
cho qua bộ lọc thơng thấp. Bộ chuyển đổi A/D được thực hiện với tần số
lấy mẫu của bộ chuyển đổi D/A bên phát. Tín hiệu đầu ra các bộ A/D
tương ứng với phần thực và phần ảo cảu tín hiệu OFDM sẽ được ghép lại
với nhau và đưa đến khối đồng bộ để thực hiện tách các tín hiệu OFDM

rồi đưa đến khối loại bỏ khoảng bảo vệ.

•

Khối loại bỏ khoảng bảo vệ thực hiện loại bỏ GI mẫu đầu tiên của mỗi tín
hiệu OFDM.

•

Khối biến đổi FFT thực hiện chuyển đổi tín hiệu từ miền thời gian sang
miền tần số sau đó chuyển đổi tín hiệu tới khối loại bỏ các số 0.

•

Để giải mã tín hiệu OFDM, kênh truyền cần được khôi phục lại. Để có thể
khơi phục kênh truyền, tín hiệu dẫn được Pilot được tách ra và được tính
tốn ước lượng kênh ở khối ước lượng kênh.4

•

Tín hiệu dữ liệu sau đó sẽ được tính tốn ở khối Data Calculation và được
đưa tới khối giải điều chế M-QAM để khôi phục dữ liệu ban đầu.

1.5.

Kênh theo phân bố Rayleigh
12


Hàm truyền đạt cảu kênh thực chất là một quá trình xác suất phụ thuộc cả

thời gian và tần số. Biên độ hàm truyền đạt của kênh tại một tần số nhất định
sẽ tuân theo phân bố Rayleigh nêu các điều kiện dưới đây của môi trường
truyền dẫn được thỏa mãn:
Mơi trường truyền dẫn khơng có tuyến truyền trong tầm nhìn thẳng, có nghĩa
là khơng có tuyến có cơng suất tín hiệu vượt trội.
• Tín hiệu ở máy thu nhận được từ vô số các hướng phản xạ và nhiễu xạ khác
nhau.
•

Phân bố Rayleigh của biên độ hàm truyền đạt được đưa ra như ở phương
trình (1.5.1) và được mơ tả lại như ở Hình 8.
𝒓𝟐

𝒇|𝒚|

𝒓 −𝟐𝝈𝟐𝑹
𝒏ế𝒖 𝒓 ≥ 𝟎
={
𝝈𝟐𝑹
𝟎
𝒄á𝒄 𝒕𝒓ườ𝒏𝒈 𝒉ợ𝒑 𝒄ị𝒏 𝒍ạ𝒊

(1.5.1)

Hình 8. Phân bố Rayleigh [2]

1.6.

Bit Error Rate – Tỷ số lỗi bit BER [3]

Tỷ số lỗi bit BER – Bit Error Rate có thể định nghĩa là số bit lỗi trên một
đơn vị thời gian. Hoặc là tỷ số bit lỗi trên một bit truyền trong một khoảng
thời gian xác định.
𝑩𝑬𝑹 =

𝑬𝒓𝒓𝒐𝒓𝒔
𝑻𝒐𝒕𝒂𝒍 𝑵𝒖𝒎𝒃𝒆𝒓 𝒐𝒇 𝑩𝒊𝒕𝒔
13


Nếu môi trường giữa máy thu và máy phát tốt và tỷ lệ tín hiệu trên tạp âm
cao, thì tỷ lệ lỗi bit sẽ rất nhỏ - có thể khơng đáng kể và khơng có ảnh hưởng
nào lớn đến tồn bộ hệ thống.
Để tính tốn Bit Error Rate (BER) của hệ thống truyền thông M-QAM trên
kênh Rayleigh nhiễu trắng trong kênh Orthogonal Frequency Division
Multiplexing (OFDM), ta có thể sử dụng cơng thức như sau:
𝑩𝑬𝑹 =

𝟑
𝟒
×(
− 𝟏) × 𝑺𝑬𝑹_𝑸𝑨𝑴
𝟐 × 𝐥𝐨𝐠 𝟐 𝑴
√𝑴

Trong đó, M =16 hoặc 64 là số lượng ký hiệu (symbols) trong mỗi khối
dữ liệu OFDM, và SER_M-QAM là Symbol Error Rate của hệ thống MQAM
trên kênh Rayleigh nhiễu trắng thơng thường (khơng sử dụng kênh OFDM),
được tính bằng cơng thức:
𝟐

𝟑𝑺𝑵𝑹
𝟏 𝟐
𝟑𝑺𝑵𝑹
𝑺𝑬𝑹_𝑸𝑨𝑴 = 𝟐 × (𝟏 −
) × 𝑸√
− (𝟏 −
) × 𝑸√
𝑴−𝟏
𝑴−𝟏
√𝑴
√𝑴
𝟏

Trong đó, Q(.) là hàm Gauss ước lượng xác suất, SNR là tỷ lệ tín hiệu-độ
nhiễu trên kênh truyền, và M là số lượng ký hiệu (symbols) trong hệ thống
MQAM.
Cơng thức tính BER của hệ thống truyền thông M-QAM trên kênh
Rayleigh nhiễu trắng trong kênh OFDM cho phép đánh giá hiệu suất của hệ
thống và tối ưu hóa thiết kế của hệ thống truyền thơng OFDM.
1.7.

Symbol Error Rate – SER

Tỷ lệ lỗi biểu tượng (SER) là thước đo hiệu suất thường được sử dụng
trong các hệ thống liên lạc kỹ thuật số để đánh giá độ chính xác của việc
truyền dữ liệu. Nó được định nghĩa là xác suất nhận được một biểu tượng
được truyền không chính xác.
Để tính tốn Symbol Error Rate (SER) của hệ thống truyền thông M-QAM
trên kênh Rayleigh nhiễu trắng trong kênh Orthogonal Frequency Division

Multiplexing (OFDM), ta có thể sử dụng cơng thức như sau:

14


𝟐

𝑺𝑬𝑹_𝑸𝑨𝑴 = 𝟏 − (𝟏 −

𝟏
√𝑴

) × ((𝟏 −

𝟐

𝟑𝑺𝑵𝑹
) × 𝑸√
)
𝑴−𝟏
√𝑴

Trong đó, M = 16 và 64 là số lượng ký hiệu (symbols) trong mỗi khối dữ
liệu OFDM, Q(.) là hàm Gauss ước lượng xác suất, SNR là tỷ lệ tín hiệu-độ
nhiễu trên kênh truyền.
Cơng thức này cho phép tính tốn Symbol Error Rate (SER) của hệ thống
truyền thơng M-QAM trên kênh Rayleigh nhiễu trắng trong kênh OFDM,
giúp đánh giá hiệu suất của hệ thống và tối ưu hóa thiết kế của hệ thống truyền
thông OFDM.
SER bị ảnh hưởng bởi các yếu tố khác nhau như sơ đồ điều chế được sử

dụng, nhiễu và nhiễu trong kênh liên lạc cũng như các đặc tính của máy thu,
chẳng hạn như độ phức tạp và chất lượng của các thành phần.
Các giá trị SER thấp hơn thường được mong muốn vì chúng cho thấy mức
độ chính xác cao hơn trong việc truyền dữ liệu. Tuy nhiên, để đạt được các
giá trị SER thấp có thể yêu cầu đánh đổi về độ phức tạp của hệ thống, công
suất truyền hoặc băng thông kênh.
SER thường được sử dụng để so sánh hiệu suất của các hệ thống truyền
thông khác nhau và để tối ưu hóa thiết kế của các hệ thống truyền thơng kỹ
thuật số nhằm đạt được mức hiệu suất mong muốn.

15


PHẦN II. MƠ PHỎNG

1. Mơ phỏng SER trên kênh AWGN
1.1. Các bước thực hiên
Bước 1 : khởi tạo và khai báo các biến

Hình 9. Gọi hàm và khai báo các thơng số
Bước 2 : tạo vịng lặp for tính tốn tỷ lệ lỗi ký hiệu lý thuyết và mô phỏng cho
từng sơ đồ điều chế trong và vẽ sơ đồ kết quả.

Hình 10. Vịng lặp for tính tốn tỷ lệ lỗi ký hiệu lý thuyết và mô phỏng
Bước 3 : sử dụng các hàm legend ,axis ,grid on, x label,y label ,title để khai báo các
thơng số trên biểu đồ.

Hình 11. Khai báo các thông số trên biểu đồ

16

Bước 4 : xác định một hàm lồng nhau tính tốn tỷ lệ lỗi ký hiệu mơ phỏng cho
một tỷ lệ nhiễu nhất định vàcompute_symbol_error_rate và khai báo các tham
số .

Hình 12. Sử dụng hàm mơ phỏng simSer và khai báo các tham số

Bước 5 : Tạo vòng lặp for sau đó tạo và khai báo các thơng số của máy phát
(transmitter ),gán các kí hiệu cho sóng mang con , lấy FFT Nối tiền tố cylic ,
Nối nhiều ký hiệu để tạo thành một vectơ dài, khai báo thông số nhiễu .

Hình 13. Tạo điều kiện mơ phỏng và khai báo các tham số bên phát
Bước 6 : Thêm điều kiện tiếng ồn sau đó được phát cho bên máy thu nhận tín
hiệu , và tiến hành giải giải điều chế

17


Hình 14. Tạo điều kiện mơ phỏng và khai báo các tham số bên thu

Bước 7 : làm tròn đến bảng và chữ cái gần nhất , sau đó chuyển sang vector
và tiến hành đếm lỗi .kết thúc vòng lặp for là trả kết quả cho hàm mơ phỏng
simSer .

Hình 15. Làm trịn và chuyển sang vecto sau đó tiến hành đếm lỗi

1.2.

Kết quả mơ phỏng

Sau khi thực hiện tính tốn và mơ phỏng , nhóm chúng em đã đạt được
kết quả mơ phỏng như hình dưới đây :
18


Hình 16. Biểu đồ đường mơ phỏng và lý thuyết 16/64 QAM

2. Mô phỏng BER trên kênh AWGN
2.1. Các bước thực hiện
Bước 1: Khởi tạo

Hình 17. Khởi tạo

Bước 2: Khai báo các hàm cơ bản

Hình 18. Khai báo các hàm cơ bản

Bước 3: Tạo Modulator và các thông số khác

19


Hình 19. Tạo Modulator và các thơng số khác

Bước 4: Khai báo biến trong vịng lặp for

Hình 20. Khai báo biến trong vòng lặp for

Bước 5: Xây dựng bộ phát mơ hình vịng trong, mơ hình kênh và bộ thu cho
mỗi Eb/No

Hình 21. Xây dựng bộ phát mơ hình vịng trong, mơ hình kênh và bộ thu cho
Eb/No

Bước 6: Tính toán các BER

20


Hình 22. Tính tốn BER

Bước 7: Vẽ biểu đồ

Hình 23. Sử dụng hàm Plot để vẽ biểu đồ

Bước 8. Tạo các chú thích cho biểu đồ

Hình 24. CHú thích biểu đồ

2.2.

Kết quả mô phỏng

21


Hình 25. Kết quả mơ phỏng theo lý thuyết

3. Mơ phỏng SER & BER trên kênh truyền Rayleigh
3.1. Các bước thực hiện

Mô phỏng SER trên kênh truyền Rayleigh
Bước 1 : khai báo các thông số cơ bản EbNo ,M1 ,M2 .
Bước 2 : Sử dụng lệnh berfading có sẵn để tính tốn lần lượt cho SER 16 và
SER 64 và trả lại kết quả mô phỏng theo lý thuyết .
Bước 3 : sử dụng các hàm legend ,xlabel ,ylabel ,tittle ,grid on để tiến hành
vẽ biểu đồ .

Hình 26. Mơ phỏng lý thuyết SER 16/64 QAM

Mô phỏng BER trên kênh truyền Rayleigh
Bước 1 : khai báo các thông số cơ bản EbNo ,M1 ,M2 .

22


Bước 2 : Sử dụng lệnh berfading có sẵn để tính tốn lần lượt cho BER 16 và
BER 64 và trả lại kết quả mô phỏng theo lý thuyết .
Bước 3 : sử dụng các hàm legend ,xlabel ,ylabel ,tittle ,grid on để tiến hành
vẽ biểu đồ .

Hình 27. Mơ phỏng lý thuyết BER 16/64

3.2. Kết quả mô phỏng
Sau khi thực hiện tính tốn và mơ phỏng , nhóm chúng em đã đạt được kết
quả mơ phỏng như hình dưới đây :

Hình 28. Kết quả mơ phỏng theo lý thuyết SER 16/64 QAM

23

Hình 29. Kết quả mơ phỏng theo lý thuyết BER 16/64 QAM

24


PHẦN III. ĐÁNH GIÁ VÀ KẾT LUẬN

I.
Đánh giá
1. BER 16 và 64 QAM trên kênh Rayleigh nhiễu trắng trong hệ thống
OFDM
Kết quả mơ phỏng

Hình 30. Kết quả mơ phỏng BER 16 và 64 QAM trên kênh Rayleigh nhiễu trắng

Trong hệ thống OFDM các sơ đồ điều chế khác nhau có thể được sử dụng
để mã hóa dữ liệu trên mỗi sóng mang con. Hai sơ đồ điều chế phổ biến là
16-QAM và 64-QAM cả hai đều sử dụng điều chế biên độ và khóa dịch pha
để mã hóa nhiều bit trên mỗi ký hiệu.
Khi có nhiễu, Tỷ lệ lỗi bit (BER) được sử dụng để đánh giá chất lượng của
tín hiệu nhận được. Kênh tiếng ồn trắng Rayleigh là một mơ hình thường được
sử dụng để mơ phỏng tiếng ồn trong các hệ thống thông tin liên lạc không
dây.

25