tìm hiểu một số thích nghi sự dụng trong ofdm 8 docx

Chương 5: Chương trình mô phỏng

- 64 -

chức năng điều chế thích nghi. Giao diện tham số khởi tạo hệ thống được mở ra có
cấu trúc như sau.

Để hiểu hoạt động của chương trình mô phỏng DATN trước tiên cần phải hiểu rõ
các tham số khởi tạo hệ thống và ảnh hưởng của nó đến hoạt động của hệ thống.
Kích thước FFT: Biểu thị bằng nhãn ‘Kích thước FFT’, tham số này chính là số
điểm FFT dùng trong một ký hiệu OFDM hay chính là độ dài ký hiệu OFDM. Để
đảm bảo phổ OFDM là thực thì kích thước FFT > 2 lần số lượng sóng mang. Kích
thước FFT nếu chọn quá lớn sẽ lãng phí băng tần nhưng bù lại sẽ phân năng lượng
tín hiệu đều trên các sóng mang, điều này có tác dụng phân tán lỗi. Tuy nhiên nếu
Chương 5: Chương trình mô phỏng

- 65 -

kích thước FFT chọn quá nhỏ thì mật độ năng lượng trên mỗi sóng mang con sẽ lớn
và nếu bị lỗi thì sẽ gây lỗi cụm. Vì vậy nên chọn giá trị tham số:
2:1< kích thước FFT: số sóng mang

5:1 (5.1)
Cụ thể đồ án thiết lập là 255.
Số lượng sóng mang: hiển thị bằng nhãn ‘Số sóng mang’, là số lượng sóng mang
dùng để truyền dữ liệu cũng phải thoả mãn phương trình (5.1). Số lượng sóng mang
càng lớn, thì trễ điều chế càng cao song được lợi về tính phân tập, do sự phân tán lỗi
đều trên băng tần của kênh. Mặt khác vì cơ chế thích nghi mà đồ án sử dụng là chọn
lọc sóng mang tức là lựa chọn các sóng mang có SNR cao (hay BER thấp) để truyền
dữ liệu do đó số lượng sóng mang lớn có ý nghĩa đặc biệt quan trọng vì khi đó cơ
chế chọn lọc sẽ hoạt động hiệu quả hơn, sẽ lựa chọn chính xác các vùng tần số

tương đối ổn định trên kênh. Tuy nhiên thường chọn số lượng sóng mang 500

vì
tính chất mô phỏng chạy trên phần mềm. Do đó tốc độ xử lý không cao như tốc độ
xử lý phần cứng trong thực tế. Trong đồ án số lượng sóng mang sử dụng là 100.
Khoảng thời gian bảo vệ: Mỗi ký hiệu đều có một khoảng bảo vệ được gắn trước
mỗi ký hiệu và khoảng bảo vệ này được chọn sao cho lớn hơn thời gian trễ cực đại
của kênh, thì khi đó các ký hiệu thu trước và sau sẽ không bị chồng lấn lên nhau mà
chỉ chồng lấn lên các khoảng bảo vệ tức không có hiện tượng ISI. Vì vậy khoảng
bảo vệ trong ký hiệu OFDM có ý nghĩa đặc biệt quan trọng nó giúp tăng chiều dài
ký hiệu, chống pha đinh lựa chọn tần số (xem chương 2), đặc biệt chống lại hiện
tượng ISI gây thu sai tín hiệu. Theo chuẩn DAB thì khoảng bảo vệ được chọn = 1/4
Chương 5: Chương trình mô phỏng

- 66 -

kích thước FFT và khoảng bảo vệ được gắn phía trước ký hiệu. Tuy nhiên khoảng
bảo vệ cũng được chọn lựa theo bất kỳ tỷ lệ nào như: 1, 1/2, 1/4, 1/8, …. Tuỳ theo
kích thước FFT là lớn hay nhỏ và giá trị trải trễ cực đại của kênh. Đồ án chọn giá trị
khoảng bảo vệ = 1/4 kích thước FFT, trên giao diện nhập dữ liệu khoảng bảo vệ
được hiển thị bằng nhãn 'Khoảng bảo vệ' (4 có nghĩa là khoảng bảo vệ = 1/4 kích
thước FFT).
Ngưỡng BER: Ngưỡng BER là giá trị dùng để thiết lập xem sóng mang nào sẽ được
dùng truyền dữ liệu người dùng và sóng mang nào sẽ không sử dụng tức là phải tiến
hành chèn ‘0’. Hàm thực hiện chức năng kiểm tra lỗi cho từng sóng mang con là
hàm ‘dem_loi’. Hàm này sẽ tính ra giá trị BER của từng sóng mang con và kiểm tra
xem nếu sóng mang nào có giá trị BER > BER ngưỡng thì sẽ gán cho phần tử của
mảng QĐ tương ứng với vị trí sóng mang này giá trị là ‘1’, tức là không dùng sóng
mang này. Sau đó hàm ‘chen_song_mang’ sẽ căn cứ vào giá trị của mảng QĐ mà sẽ
quyết định dùng và không dùng sóng mang nào. Nếu ngưỡng BER được thiết lập

quá lớn thì sẽ không có tác dụng chọn lọc sóng mang vì các giá trị BER hiện thời
trên mỗi sóng mang có thể đều nhỏ hơn giá trị BER ngưỡng. Tuy nhiên nếu thiết lập
giá trị BER ngưỡng quá nhỏ thì số sóng mang đảm bảo giá trị BER nhỏ hơn giá trị
BER ngưỡng sẽ rất ít do đó tốc độ truyền dẫn sẽ rất chậm do chỉ tiến hành truyền dữ
liệu trên một số ít sóng mang. Trong đồ án giá trị BER ngưỡng được thiết lập là
10
-3
.
Tần số Doppler: Do chuyển động tương đối giữa máy thu và máy phát gây ra hiệu
ứng Doppler. Điều này dẫn đến phổ tần của các sóng mang con chồng lần quá mức
Chương 5: Chương trình mô phỏng

- 67 -

lên nhau làm mất tính trực giao của các sóng mang con. Khi không còn giữ tính trực
giao thì năng lượng tín hiệu trên các sóng mang sẽ chồng lấn lên nhau điều này sẽ
dẫn tới không còn phân biệt được ranh giới giữa các ký hiệu trên các sóng mang con
do đó gây lỗi tại bộ quyết định. Tất nhiên tần số Doppler trong đồ án chỉ là giá trị có
ý nghĩa mô phỏng để đảm bảo tính thực tế của mô hình kênh, thông thường tần số
Doppler < 100 Hz. Đồ án thiết lập giá trị tần số Doppler là 50 Hz.

Hình 5.6 Đáp ứng xung kim của kênh
Hình 5.6 cho thấy hình dạng đáp ứng của xung kênh, với ba đường trễ. Tương ứng
các giá trị biên độ trên hình vẽ là các giá trị biên độ suy giảm của nhánh trễ của
kênh.
Trên bảng khởi tạo giá trị ban đầu cho hệ thống AOFDM thì tương ứng với các giá
trị này thì hình dạng hàm truyền đạt của kênh sẽ có dạng:
Chương 5: Chương trình mô phỏng

- 68 -

Tần số lấy mẫu ký hiệu phát: Mỗi ký hiệu sau khi điều chế ký hiệu OFDM đều
được lấy mẫu với tần số lấy mẫu f
s
. Để đảm bảo lấy mẫu được đầy đủ ký hiệu phát
thì tần số lấy mẫu cần thoả mãn định lý Nyquist:
syms
ff 2
tức là tần số lấy mẫu tối
thiểu phải gấp hai lần tần số ký hiệu.
Số trạng thái điều chế: Trong đồ án dùng phương pháp điều chế chủ yếu là M-
QAM, với số trạng thái điều chế thay đổi với các giá trị M = 2, 4, 16, 64. Số trạng
thái điều chế ban đầu được thiết lập là giá trị nằm dưới nhãn 'Mức điều chế QAM'
trong bảng khởi tạo.
Định dạng file truyền:
Ở đây ta sẽ tiến hành truyền file hình bằng cách gán file=2.
5.4 Chương trình mô phỏng
5.4.1 Giao diện chương trình mô phỏng
Để chạy chương trình mô phỏng AOFDM, từ cửa sổ lệnh của MatLab ta gõ
lệnh “DATN”. Dưới đây là phần giao diện bắt đầu của chương trình.
Hình 5.7 Hình dạng hàm truyền đạt của kênh
Chương 5: Chương trình mô phỏng

- 69 -


Phần giao diện chính của chương trình sẽ được mở khi nhấn chuột vào nút tiếp tục.
Trước khi đến với giao diện chính, giao diện minh hoạ hình ảnh dùng để truyền sẽ
được mở ra. Hình bên trái với tiêu đề :’ Ảnh dùng để phát’ sẽ là hình ảnh phục vụ

cho suốt quá trình mô phỏng. Trục toạ độ còn lại bên phải sẽ hiện ảnh sau khi truyền
qua AOFDM. Sau khi hoàn thiện mô phỏng hệ thống thì ảnh này sẽ được mở ra để
so sánh giữa chất lượng ảnh gốc và ảnh sau khi truyền qua AOFDM.
5.4.2 Các kết quả mô phỏng và đánh giá hiệu năng
Đồ án sẽ nghiên cứu hoạt động của hệ thống truyền dẫn OFDM khi chỉ dùng
một cơ chế thích nghi, khi dùng đồng thời các cơ chế thích nghi và khi không dùng
thích nghi.
Chương 5: Chương trình mô phỏng

- 70 -

5.4.2.1 Kết quả mô phỏng không dùng cơ chế thích nghi
Tham số ban đầu được thiết lập như giao diện khởi tạo phía trên. Giao diện
mô phỏng sẽ như sau:


Chương 5: Chương trình mô phỏng

- 71 -

Ta thấy trên ảnh thu được hình thành những vết xước do các sóng mang tại những vị
trí kênh biến động lớn sẽ bị lỗi cụm. Ở cơ chế thích nghi chọn lọc sóng mang sẽ giải
quyết triệt để vấn đề này.
5.4.2.2 Kết quả mô phỏng dùng cơ chế thích nghi mức điều chế
Giá trị BER thiết lập trong đồ án cho các mức chuyển được cho trong bảng 5.2.

Dưới đây là giao diện hoạt động của cơ chế thích nghi mức điều chế, mức điều chế
được thiết lập ban đầu là 4-QAM. các tham số khởi tạo được cho trong giao diện
khởi tạo phía trên như phần mô phỏng không sử dụng cơ chế thích nghi.
Bảng 5.2Tham số BER điều khiển chuyển mức điều chế

Giá trị BER tổng Ngưỡng BER Mức điều chế
BER> 0.2 Không thiết lập Không phát
BER ≥ 0,1 10
-2
BPSK
0.1>BER ≥ 0,01 10
-3
4-QAM
4E1BER01.0




10
-4
16-QAM
BER
4
E
1



10
-5
64
-
QAM

Chương 5: Chương trình mô phỏng

- 72 -



Ta thấy chất lượng ảnh thu được sau mô phỏng tốt hơn so với trường hợp không
dùng cơ chế thích nghi một chút, các đường xước nhỏ hơn. Tuy nhiên sự cải thiện
QoS này không đáng kể, vẫn xảy ra lỗi cụm. Theo quan sát giá trị BER tổng luôn