Đề tài Tìm hiểu một số cơ chế thích nghi sử dụng trong hệ thống OFDM

hể được phân tích trong miền thời gian và trong miền tần số. Trong miền thời gian thì các đáp ứng xung h(n) của các kênh con được ước lượng. Trong miền tần số thì các đáp ứng tần số H(k) của các kênh con được ước lượng. Có hai vấn đề chính được quan tâm khi sử dụng PSAM : Vấn đề thứ nhất là lựa chọn tín hiệu pilot : phải đảm bảo yêu cầu chống nhiễu, hạn chế tổn hao về năng lượng và băng thông khi sử dụng tín hiệu này. Với hệ thống OFDM, việc lựa chọn tín hiệu pilot có thể được thực hiện trên giản đồ thời gian-tần số, vì vậy OFDM cho khả năng lựa chọn cao hơn so với hệ thống đơn sóng mang. Việc lựa chọn tín hiệu pilot ảnh hưởng rất lớn đến các chỉ tiêu hệ thống. Vấn đề thứ hai là việc thiết kế bộ ước lượng kênh : phải giảm được độ phức tạp của thiết bị trong khi vẫn đảm bảo được độ chính xác yêu cầu. Yêu cầu về tốc độ thông tin cao (tức là thời gian xử lý giảm) và các chỉ tiêu hệ thống là hai yêu cầu ngược nhau. Chẳng hạn, bộ ước lượng kênh tuyến tính tối ưu (theo nguyên lý bình phương lỗi nhỏ nhất-MMSE) là bộ lọc Wiener hai chiều (2D-Wiener filter) có chỉ tiêu kỹ thuật rất cao nhưng cũng rất phức tạp. Vì vậy, khi thiết kế cần phải dung hòa hai yêu cầu trên. 3.3 Ước lượng kênh trong miền tần số Trong miền tần số, ước lượng kênh được thực hiện như sau : Một ký tự OFDM đã được xác định trước về pha và biên độ (gọi là ký tự huấn luyện-training symbol) được phát đi. Tại bộ ước lượng kênh, thu ký tự này tại hai thời điểm liên tiếp nhau và so sánh với ký tự ban đầu để xác định đáp ứng tần số H(k) của các kênh con. Chẳng hạn, tại bộ ước lượng kênh, ở kênh con thứ k, thu được hai ký tự là R1(k) và R2(k) với ký tự huấn luyện được phát là X(k), ta có biểu thức : R1(k) = H(k)X(k) + W1(k) (3.1) R2(k) = H(k)X(k) + W2(k) (3.2) X(k) : ký tự phức huấn luyện phát trên kênh con thứ k H(k) : đáp ứng tần số của kênh con thứ k W1(k), W2(k) : các mẫu nhiễu Gaussian trắng cộng tác động vào kênh con thứ k tại hai thời điểm liên tiếp khảo sát. Từ (3.1) và (3.2), bộ ước lượng kênh sẽ xác định : (3.3) (Lưu ý rằng : biên độ của các X(k) được chọn bằng 1) Từ công thức (3.3), nếu biết trước ký tự phát X(k), các mẫu nhiễu W1(k), W2(k), ta có thể xác định được đáp ứng tần số của kênh con thứ k. 3.4 Ước lượng kênh trong miền thời gian Ước lượng kênh thực hiện trong miền thời gian sẽ giúp xác định được đáp ứng xung của từng kênh con. Cũng tương tự như ước lượng kênh trong miền tần số, người ta cũng sử dụng các ký tự huấn luyện đã biết trước và từ kết quả so sánh giữa các ký tự thu được tại bộ ước lượng, các đáp ứng xung h(n) của những kênh con được ước lượng. Các biểu thức xác định mối quan hệ giữa hai ký tự thu được tại hai thời điểm liên tiếp nhau và ký tự huấn luyện phát đi là : r1(n) = hx(n) + w1(n) (3.4) r2(n) = hx(n) + w2(n) (3.5) Trong hai công thức trên, ta thấy đều xuất hiện tổng chập trong miền thời gian. Gọi L là chiều dài đáp ứng xung lớn nhất mà có thể ước lượng trên các kênh con, L nhỏ hơn rất nhiều so với chiều dài N của tín hiệu vào x(n), tín hiệu ra y(n). Theo công thức tính tổng chập và công thức (2.9), suy ra đáp ứng xung của các kênh con có dạng là một ma trận (), và các mẫu tín hiệu x(n) được tổ chức thành ma trận chữ nhật () có dạng như sau : Và dạng của ma trận h là : Các công thức (3.4), (3.5) được viết lại : r1(n) = Xh + w1(n) (3.6) r2(n) = Xh + w2(n) (3.7) Từ (3.6) và (3.7), bộ ước lượng sẽ xác định (3.8) Từ công thức (3.8), nếu xác định trước ma trận X và các mẫu nhiễu cộng w1(n), w2(n) thì có thể xác định được đáp ứng xung h(n) của các kênh con. 3.5 Cân bằng kênh Trong hệ thống truyền dẫn vô tuyến số thì biên độ và pha tín hiệu sẽ bị méo do đặc tính phân tán của kênh. Tính chất này gây ra ISI cho ký hiệu thu, tuy nhiên có thể khôi phục những tín hiệu như vậy nếu chúng bị méo tuyến tính bằng cách dùng một bộ cân bằng. Bộ cân bằng có thể là bộ lọc FIR/IIR tuyến tính hay bộ lọc không tuyến tính(decision feedback) hay là các bộ cân bằng . Bộ lọc FIR tuyến tính như ZF (Zero-forcing), MMSE. Hình dưới đây chỉ ra sơ đồ hệ thống truyền dẫn sử dụng bộ cân bằng: Hình 3.1 Sơ đồ hệ thống truyền dẫn sử dụng bộ cân bằng Trong đó H(f), C(f) là hàm truyền đạt của kênh và của bộ cân bằng, s(k), và là tín hiệu phát và tín hiệu sau cân bằng. 3.5.1 Bộ cân bằng ZF Bộ cân bằng ZF được thiết kế và được tối ưu bằng cách sử dụng tiêu chuẩn cưỡng bức về không, tức là buộc tất cả các đóng góp xung kim của phía phát, kênh và bộ cân bằng đều bằng 0 tại các thời điểm truyền dẫn nT (), trong đó T là khoảng thời gian truyền dẫn. Nhờ tính chất này mà ZF đảm bảo ISI xấp xỉ bằng 0. Trong miền tần số ZF được miêu tả bằng quan hệ: (3.9) Hay (3.10) Vì thế bộ cân bằng trở thành bộ lọc FIR (đáp ứng xung kim hữu hạn). Phân tích bộ lọc dựa trên nghiên cứu MSE được cho bởi: (3.11) (3.12) Trong đó là giá trị lấy kỳ vọng của (.) và e đại diện cho giá trị lỗi tín hiệu tại phía thu. Mặt khác: (3.13) Trong miền tần số sẽ là: (3.14) Thay (3.19) vào (3.24) ta được: (3.15) Trong đó E(f) là biến đổi Fourier của e(k). E(f) là mật độ công suất tín hiệu lỗi, sử dụng định lý Parseval ta có sai lỗi trung bình bình phương trong miền thời gian sẽ là: (3.16) Nếu N(f) là mật độ phổ công suất hai phía N0/2 thì: (3.17) Ưu điểm của bộ cân bằng ZF là bù đáp ứng kênh tại vị ví đáp ứng kênh bị suy giảm, tuy nhiên cả tín hiệu và tạp âm đều được tăng cường vì vậy sẽ giảm hiệu năng của bộ cân bằng. MSE đầu ra bộ cân bằng chỉ gồm có nhiễu do đó hoàn toàn loại bỏ ảnh hưởng của ISI. Vì thế mà MSE đầu ra bộ cân bằng có thể dùng để đo mức tạp âm gây ra bởi bộ cân bằng. Một vấn đề nữa là nếu đáp ứng của kênh có điểm ‘0’ thì tại đó MSE sẽ vô cùng, làm cho bộ cân bằng không tin cậy nữa. Để khắc phục hạn chế này sẽ dùng một kỹ thuật cân bằng là LMSE. 3.5.2 Bộ cân bằng bình phương lỗi trung bình tuyến tính LMSE Hình 3.2 Sơ đồ bộ cân bằng trung bình lỗi bình phương tuyến tính Trong đó tương ứng là tín hiệu thu và tham số bộ cân bằng. Bộ cân bằng gồm 2N+1 nhánh, đước đánh thứ tự từ đến và C0 là nhánh trung tâm của bộ cân bằng. Có thể tính toán các hệ số của bộ cân bằng theo hai cách: Cách thứ nhất tính Cm bằng cách đặt MSE trong (3.21) bằng ‘0’ và sau đó giải phương trình này. Cách thứ hai dựa trên hoạt động trực giao, khi coi rằng lỗi dư của bộ cân bằng trực giao với tín hiệu đầu vào bộ cân bằng, vì thế ta có: (3.18) Từ hình 3.2, tín hiệu sau khi cân bằng sẽ là: (3.19) Tín hiệu thu sẽ là: (3.20) Trong đó hi là CIR nhánh thứ i, Lc là chiều dài CIR. Sử dụng phương trình (3.11), (3.12) và (3.20) ta có: (3.21) Giả sử các bit phát là dừng theo nghĩa rộng, khi đó: (3.22) Trong đó là công suất phát tín hiệu, vì tạp âm không tương quan nên ta có: (3.23) Thay (3.22) và (3.23) vào tổng thứ nhất của vế phải (3.31) sẽ được: (3.24) Phần tổng thứ hai của vế phải (3.21) với cách tính tương tự sẽ được: (3.25) Trong đó là hàm delta dirac. Khi thay phương trình (3.24) và (3.25) vào (3.21) ta được: (3.26) Phương trình (3.26) tạo thành 2N-1 phương trình tuyến tính. Giải các phương trình này sẽ thu được các tham số bộ lọc tối ưu theo chuẩn MSE. Lỗi MMSE được xác định thông qua các tham số của CIR và bộ cân bằng theo phương trình: (3.27) trong miền tần số như sau : (3.28) Trong đó , , với là công suất phát tín hiệu, giả thiết rằng tạp âm và tín hiệu không tương quan với nhau, vì thế ta có: (3.29) Ước tính bình phương của phương trình trên ta được: (3.30) Từ (3.16) dễ dàng thấy để cực tiểu thì thành phần thứ nhất của (3.20) phải = 0 do đó ta sẽ tính được hệ số cân bằng tối ưu như sau: (3.31) Thay (3.31) vào (3.32) ta có lỗi trung bình bình phương cực tiểu là: (3.32) 3.6 Kết luận chương Các kĩ thuật ước tính và cân bằng kênh tỏ ra quan trọng trong các hệ thống truyền dẫn vô tuyến. Việc ước tính kênh chính xác sẽ xác định được trạng thái kênh hiện thời quyết định thành công cho các giải pháp cân bằng kênh và các công nghệ điều chế. Kĩ thuật cân bằng kênh giúp giảm ISI, hạn chế các ảnh hưởng của kênh phadinh lựa chọn tần số, hiệu ứng đa đường. Chính nhờ thế mà nâng cao tốc độ và hiệu năng truyền dẫn. CHƯƠNG 4 MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP THÍCH NGHI SỬ DỤNG TRONG HỆ THỐNG OFDM 4.1 Giới thiệu chương Kĩ thuật OFDM tỏ ra khá hiệu quả với các nhược điểm của môi trường vô tuyến như fading lựa chọn tần số, nhiễu dải băng hẹp và nâng cao hiệu suất sử dụng phổ và một số ưu điểm khác đã trình bày trong chương 2. Tuy nhiên, OFDM vẫn tồn tại một số nhược điểm vốn có của kĩ thuật trực giao và nhược điểm mà tất cả các kĩ thuật điều chế điều chế truyền thống đều có, đó là: Sử dụng các tham số điều chế cố định để đảm bảo chất lượng truyền dẫn tại trạng thái xấu nhất của kênh truyền nên sẽ có thông lượng kênh như nhau ở mọi thời điểm dẫn đến lãng phí hiệu quả phổ tần hệ thống. Điều chế thích nghi được sử dụng để thích nghi động tham số điều chế ứng với các thông số tức thời của kênh, nhằm mục đích đảm bảo chất lượng truyền dẫn và tăng thông lượng. Có nhiều phương pháp thích nghi, ở đây chỉ tập trung tìm hiểu 3 thuật toán cơ bản đó là: Thích nghi theo SNR phát trên mỗi sóng mang Thích nghi theo cơ chế chuyển mức điều chế Thích nghi theo cơ chế chọn lọc sóng mang với hai nhiệm vụ là: Tạo ra chất lượng dịch vụ truyền dẫn (QoS) cao. Tạo thông lượng truyền dẫn cao. Ngoài ra chương này cũng tiến hành tìm hiểu chu trình hoạt động của hệ thống AOFDM (Adaptive Orthogonal Frequency Division Modulation), đưa ra mô hình thuật toán cho cơ chế chọn lọc sóng mang đồng thời đi phân tích một số lưu đồ thuật toán quan trọng trong quá trình mô phỏng. 4.2 Lưu đồ thuật toán Điều chế thích nghi chính là lựa chọn hình thức điều chế một cách động để thu được thông lượng tối ưu khi mức SNR thu biến đổi trong phạm vi rộng theo thời gian. Trong thuật toán điều chế thì các tham số điều chế được xác định bởi thuộc tính của kênh. Tức là các tham số điều chế sẽ là một hàm của các tham số kênh. Tham số điều chế = f (tham số kênh) Quá trình thích nghi sẽ được thực hiện theo lưu đồ thuật toán H 4.1 Hình 4.1 Lưu đồ thuật toán điều chế thích nghi 4.3 Kiến trúc của những hệ thống điều chế thích nghi Hình 4.2 Kiến trúc của những hệ thống điều chế thích nghi Hình 4.2 cho thấy điều chế thích nghi được sử dụng để thay đổi các tham số điều chế theo trạng thái kênh. Để thực hiện điều này thì phía phát phải biết trạng thái kênh trước khi truyền dẫn, và thông tin về kênh phải tuyệt đối chính xác. Phương pháp xác định trạng thái kênh còn được gọi là ước lượng kênh. Có hai phương pháp ước lượng kênh khác nhau, cách thứ nhất là phía phát nhận thông tin hồi tiếp về kênh từ phía thu, cách thứ hai là phía phát tự ước lượng kênh. Tuy nhiên đồ án sẽ tập trung vào phương pháp thứ nhất. 4.4 Chu trình hoạt động của hệ thống AOFDM Chu trình hoạt động của hệ thống AOFDM bao gồm 3 bước cơ bản: -Ước lượng chất lượng kênh -Chọn các tham số cho quá trình phát tiếp theo -Báo hiệu hay tách sóng mù về các tham số được sử dụng 4.4.1 Ước lượng chất lượng kênh Ước lượng chất lượng kênh là nhiệm vụ quan trọng đầu tiên quyết định tới chất lượng của hệ thống. Để chọn được các tham số phát phù hợp cho lần truyền dẫn tiếp theo, cần phải ước lượng tương đối chính xác hàm truyền của kênh trong suốt khe thời gian truyền tiếp theo. Phần ước lượng kênh đã được trình bày trong chương 3 của đồ án. 4.4.2 Chọn các tham số cho quá trình phát tiếp theo Dựa trên việc dự đoán chất lượng của kênh trong khe thời gian tiếp theo, máy phát cần lựa chọn các phương thức điều chế hay mã hóa phù hợp cho các sóng mang con. Bước tiếp theo này phụ thuộc vào chất lượng của các bộ điều chế hay mã hóa được sử dụng. 4.4.3 Báo hiệu hay tách sóng mù các tham số được sử dụng Trong quá trình thích nghi, máy phát và máy thu cần phải báo hiệu cho nhau về tình trạng kênh hay về tham số của bộ giải điều chế được sử dụng cho gói tin đã nhận được. Thông tin này có thể được tải trong bản thân symbol OFDM nhờ các sóng mang Pilot hoặc các sóng mang dữ liệu. Để đơn giản hóa nhiệm vụ báo hiệu, có thể tiến hành thích nghi OFDM trên cơ sở băng con hoặc chọn các sơ đồ tách sóng mù để cần rất ít hoặc không cần các thông tin báo hiệu. 4.5 Một số cơ chế thích nghi được sử dụng trong hệ thống OFDM Điều chế thích nghi cho phép tối ưu hoá chất lượng dịch vụ BER (QoS) và thông lượng truyền dẫn (BPS). Muốn vậy, cần phải thích nghi các thông số điều chế theo chất lượng của kênh truyền. Tồn tại nhiều cơ chế thích nghi như: mức điều chế, sơ đồ điều chế, SNR phát, số lượng sóng mang, vị trí sóng mang, tỷ lệ mã, tốc độ trải phổ…Các thuật toán này được xây dựng trên cơ sở làm thay đổi một hay một số các tham số điều chế thích nghi với trạng thái của kênh. Ở đây, ta xét một số cơ chế điển hình. 4.5.1 Thích nghi theo SNR phát trên mỗi sóng mang Ảnh hưởng của kênh vô tuyến lên chất lượng truyền dẫn: Do tính chọn lọc tần số của kênh vô tuyến nghĩa là hàm truyền đạt kênh truyền không bằng phẳng dẫn đến các thành phần tần số của tín hiệu tin nằm trong khoảng lồi lõm của đặc tuyến hàm truyền đạt kênh bị thăng giáng tương ứng. Hậu quả làm cho BER tăng (giảm QoS). Giải pháp khắc phục hiện tại: Dùng các bộ cân bằng kênh và cân bằng kênh thích nghi trong miền tần số song hiệu quả thấp vì một khi tốc độ dữ liệu cao thì các bộ cân bằng sẽ không thể san phẳng toàn bộ đáp ứng kênh. Phương pháp làm tăng giảm SNR của các sóng mang con theo các vùng tần số lồi lõm của hàm truyền đạt kênh nghĩa là: sẽ tăng công suất phát cho các sóng mang con ở các thành phần tần số nằm trong khoảng lõm của đáp ứng kênh và ngược lại làm giảm công suất phát của các sóng mang đối với thành phần tần số nằm trong khoảng lồi của đáp ứng kênh. Giải pháp tăng hay giảm công suất phát đối với từng thành phần sóng mang con trong hệ thống OFDM rất phức tạp do đó tiến hành bằng cách tăng hoặc giảm năng lượng cho các thành phần tần số sóng mang con tại bộ điều chế sóng mang con (xem lại chương 2) bằng cách thay đổi tham số trải phổ cho từng thành phần sóng mang. Theo đó, tăng công suất bằng cách tăng giá trị của tham số trải phổ và giảm công suất bằng cách giảm giá trị tham số trải phổ. Tuy nhiên quá trình tính toán để tìm ra SNR cho từng thành phần tần số phía thu rất phức tạp. Nhận xét: Mặc dù phương pháp này rất tốt đối với kênh pha đinh Rayleigh, tuy nhiên quá phức tạp và yêu cầu khối lượng xử lý lớn. Thực tế hay dùng phương pháp thích nghi theo cơ chế chuyển mức điều chế. 4.5.2 Thích nghi theo cơ chế chuyển mức điều chế Trong hệ thống OFDM dữ liệu trước khi điều chế ký hiệu OFDM đều được điều chế sóng mang con. Có các sơ đồ điều chế chuyển mức khác nhau được sử dụng trong hệ thống OFDM như: M-PSK, M-ASK, M-QAM. Tùy thuộc điều kiện kênh truyền hay yêu cầu tiết kiệm năng lượng mà ta sẽ chọn sơ đồ điều chế phù hợp. Thông thường mức điều chế sẽ dựa trên cơ sở BER phía thu (hay SNR phía thu). Tuy nhiên với điều kiện kênh truyền xấu thì thường lựa chọn sơ đồ BPSK. Dưới đây là các mức SNR thu để điều khiển các mức điều chế (bảng 4.1). Bảng 4.1 Điều khiển mức điều chế dựa trên các mức SNR thu Mức SNR Không phát BPSK 4QAM 16QAM 64QAM Dưới l1-k Không phát Không phát Không phát Không phát Không phát l1-k đến l1 Không phát Không phát Không phát Không phát Không phát l1 đến l1+k Không phát¯ Không phát¯ Không phát¯ Không phát¯ Không phát¯ l1+k đến l2-k BPSK BPSK BPSK BPSK BPSK l2-k đến l2 BPSK BPSK BPSK BPSK BPSK l2 đến l2+k BPSK¯ BPSK¯ BPSK¯ BPSK¯ BPSK¯ l2+k đến l3-k 4QAM 4QAM 4QAM 4QAM 4QAM l3-k đến l3 4QAM 4QAM 4QAM 4QAM 4QAM l3 đến l3+k 4QAM¯ 4QAM¯ 4QAM¯ 4QAM¯ 4QAM¯ l3+k đến l4-k 16QAM 16QAM 16QAM 16QAM 16QAM l4-k đến l4 16QAM 16QAM 16QAM 16QAM 16QAM l4 đến l4+k 16QAM ¯ 16QAM ¯ 16QAM ¯ 16QAM ¯ 16QAM ¯ Trên l4+k 64QAM 64QAM 64QAM 64QAM 64QAM Trong đó k là dải động điều khiển công suất, dải động càng cao thì vùng điều khiển công suất sẽ càng lớn, thông thường k được thiết lập trong đoạn [0.5;1]. Các ngưỡng được ấn định như sau: l1=-, l2=8db, l3=14db, l4=20db cho sơ đồ AQAM không bị chặn, trong đó số liệu được truyền thường xuyên. Tương tự đối với sơ đồ AQAM có chặn, các mức ngưỡng là l1=5db, l2=8db, l3=14db, l4=20db, trong đó máy phát bị cấm khi công suất tức thời thấp hơn l1. Ta coi rằng tại máy thu ước tính và bù trừ chất lượng kênh băng hẹp là hoàn hảo. Mũi tên ¯ kí hiệu cho giảm công suất. Hình 4.3 sẽ diễn tả trực quan cơ chế này. Hình 4.3 Ngưỡng SNR chuyển mức cho cơ chế mức điều chế Phương pháp này có ưu điểm là rất đơn giản chỉ cần so sánh SNR thu với SNR ngưỡng để quyết định sơ đồ điều chế phù hợp. Tuy nhiên với phương pháp này sẽ không tận dụng được những khoảng băng tần kênh có đáp ứng tốt, vì ở những đoạn băng tần kênh này có thể cho phép mức điều chế cao hơn mức thiết lập chung. Do đó để đảm bảo cho mức điều chế tối đa có thể có cho các thành phần sóng mang ít bị ảnh hưởng bởi kênh thì ta phải xây dựng thuật toán thích nghi dựa trên cơ chế chọn lọc sóng mang. 4.5.3 Thích nghi theo cơ chế chọn lọc sóng mang Nguyên lí: Do tính chất chọn lọc tần số của đáp ứng kênh nên đối với kênh chọn lọc tần số tồn tại những khoảng băng tần thăng giáng khác nhau. - Vùng tần số của đáp ứng kênh ít bị thăng giáng: Truyền dữ liệu trên các sóng mang con nằm trong khoảng băng tần có độ biến động chấp nhận được Þ cải thiện BPS. - Vùng tần số của đáp ứng kênh bị thăng giáng mạnh: Không truyền dữ liệu trên đó Þ cải thiện QoS. Xây dựng giải thuật: Dựa trên tính chất chọn lọc tần số của kênh ta có thể xây dựng thuật toán thích nghi theo cơ chế chọn lọc sóng mang nhằm phát huy tối đa ưu điểm của phân tập tần số. Với giả thiết là: (1) Cùng một độ rộng băng tần được cấp phát cho kênh (cùng tốc độ bit vào); (2) Cùng trạng thái kênh (cùng một đoạn băng tần bị thăng giáng, cùng số lượng các sóng mang con bị thăng giáng ); (3) trong cùng một khoảng thời gian khảo sát, có cùng số lượng bit được truyền, cùng khoảng thời gian mô phỏng. Nếu số lượng sóng mang (N_Sub) được dùng để truyền dữ liệu là nhỏ, nghĩa là tỉ lệ giữa số các bit được truyền đi bị lỗi trên toàn bộ các bit được truyền đi là lớn (BER tăng) ngoài ra còn gây lỗi cụm (các lỗi có tính chất tập trung). Như vậy, khi N_Sub nhỏ không những BER lớn mà còn tăng lỗi cụm. Nếu ta dùng một số lượng lớn sóng mang để truyền dữ liệu thì sẽ có tác dụng giảm số lượng lỗi vì tỷ lệ sóng mang bị lỗi so với toàn bộ sóng mang sẽ rất nhỏ BER giảm ngoài ra còn không gây lỗi cụm. Như vậy, khi NSub lớn không những BER giảm mà còn giảm lỗi cụm. Trên đây là trường hợp chưa thực hiện thích nghi. Nếu bỏ giả thiết (3) ở trên và thực hiện cơ chế thích nghi bằng cách: Tăng, giảm số lượng các sóng mang con theo trạng thái kênh: Một khi ta khảo sát trong khoảng thời gian đủ dài và thực hiện thích nghi số sóng mang con NSub theo trạng thái kênh trong miền tần số Þ cải thiện được cả hiệu năng BER và QoS Þ hạn chế lỗi. Không truyền dữ liệu trên các sóng mang con bị lỗi: Tiến hành truyền dữ liệu trên sóng mang có tỷ lệ lỗi cho phép và sẽ không truyền trên các sóng mang có tỷ lệ lỗi vượt quá ngưỡng cho phép. Tất nhiên nếu ta dùng cơ chế thích nghi khi dùng số ít sóng mang con sẽ không hiệu quả về thông lượng vì có thể có trường hợp mà có nhiều sóng mang con bị lỗi quá ngưỡng cho phép do đó dữ liệu được truyền trên một số ít sóng mang còn lại, điều này dẫn đến việc giảm mạnh tốc độ bit truyền dẫn. Do vậy để nâng cao hiệu năng của cơ chế thích nghi chọn lọc sóng mang thì số lượng sóng mang con cần phải đủ lớn (thông thường > 100). Vấn đề chính của thuật toán thích nghi chọn lọc sóng mang là phải xác định được BER cho từng thành phần sóng mang, sau đó so sánh với giá trị BER ngưỡng để quyết định sẽ không truyền dữ liệu trên thành phần sóng mang nào. Nếu giá trị BER trên sóng mang con nào thấp hơn mức ngưỡng thì phía phát sẽ tiến hành chèn ký hiệu hoa tiêu vào thành phần sóng mang đó, các ký hiệu hoa tiêu này để đơn giản ta nên thiết lập giá trị là ’0’. Phía thu sẽ vẫn tiến hành thu và tính BER trên các sóng mang được chèn hoa tiêu, nếu giá trị BER trên các sóng mang này mà thấp hơn ngưỡng cho phép thì ta lại truyền dữ liệu bình thường trên các sóng mang này. Do đó việc chèn ký hiệu hoa tiêu lên các sóng mang có tỷ lệ lỗi lớn sẽ giúp cho phía thu ước tính chính xác trạng thái kênh truyền dẫn. Nhận xét: Ưu điểm nổi bật của cơ chế thích nghi chọn lọc sóng mang là tận dụng cực đại hoá những khoảng băng tần ít biến động của kênh và giảm thiểu dữ liệu truyền trên những khoảng băng tần thăng giáng lớn của kênh hay nói cách khác giảm thiểu được ảnh hưởng pha đinh chọn lọc tần số. Trong khi đó ở các thuật toán khác như mức điều chế (M-QAM , M-PSK ...) do xử lý như nhau đối với toàn bộ băng tần kênh, nên không thể tận dụng ưu điểm và đối phó nhược điểm trên đáp ứng kênh truyền trong miền tần số. Vì vậy, có thể nói rằng đây là giải thuật khá tối ưu để cải thiện BER và thông lượng truyền. 4.6 Mô hình thuật toán theo cơ chế chọn lọc sóng mang Nội dung của thuật toán chọn lọc sóng mang được trình bày ở mô hình giải thuật dưới đây: Hình 4.4 Mô hình thuật toán theo cơ chế chọn lọc sóng mang cho hệ thống truyền dẫn OFDM Khối tính BER: So sánh sự sai khác giữa ký hiệu phát và thu, tính số lượng lỗi. Sau đó khối tính BER sẽ gửi kết quả tính toán đến khối quyết định chèn. BER ngưỡng: Do người dùng thiết lập tuỳ theo tính chất dịch vụ yêu cầu, đối với thoại thông thường , trong khi đó đối với các dịch vụ số liệu thì yêu cầu . Khối quyết định chèn: Dựa trên giá trị BER ngưỡng thiết lập cho từng dịch vụ, khối quyết định sẽ tính chính xác giá trị BER trung bình cho từng thành phần sóng mang để đảm bảo được giá trị BER ngưỡng, giá trị BER trung bình này gọi là giá trị BER trung bình ngưỡng (). Đầu ra của bộ quyết định là một mảng một chiều (mảng QĐ) có kích thước bằng số lượng sóng mang. Công việc của khối quyết định là so sánh các giá trị BER của từng thành phần sóng mang do bộ tính BER đưa đến với giá trị , nếu giá trị BER của thành phần sóng mang nào > thì phần tử trong mảng QĐ tương ứng với thành phần sóng mang đó sẽ được gán bằng ’1’. Nếu ngược lại sẽ được gán bằng ’0’. Giá trị ’1’ có nghĩa là không truyền dữ liệu trên sóng mang này, giá trị ’0’ có nghĩa là vẫn sử dụng sóng mang này. Lưu đồ thuật toán cho khối quyết định được mô tả như sau: Hình 4.5 Lưu đồ thuật toán khối quyết định Khối điều khiển chèn: Khối này lấy thông tin chèn từ khối quyết định, nếu sóng mang nào có BER khi đó phần tử trong mảng QĐ có chỉ số bằng số thứ tự của sóng mang này sẽ có giá trị là ’1’ và ta phải tiến hành chèn ’0’ lên sóng mang này, nếu ngược lại thì sẽ tiến hành truyền dữ liệu bình thường trên sóng mang này. Khối điều khiển chèn sẽ can thiệp thứ tự của ký hiệu phát trên mỗi sóng mang để đảm bảo sao cho nếu không sử dụng sóng mang thì sẽ chèn thêm ký hiệu ’0’, và nếu sử dụng thì không chèn. Sau đây là lưu đồ thuật toán mô tả hoạt động của khối điều khiển chèn. Hình 4.6 Lưu đồ thuật toán mô tả hoạt động của khối điều khiển chèn Khối điều khiển giải chèn: Hoạt động của khối điều khiển giải chèn hoàn toàn ngược lại với khối điều khiển chèn. Khối này lấy thông tin chèn từ khối quyết định, dựa trên thông tin về các vị trí chèn khối này sẽ tiến hành giải chèn tức là loại bỏ những ký hiệu chèn trên những sóng mang con được chèn và đưa những ký hiệu chèn này đến bộ ước tính kênh để tiến hành tìm ra đáp ứng kênh. 4.7 Kết luận Chương này đã trình bày khã rõ về điều chế thích nghi, nguyên lí chung cho các hệ thống truyền dẫn thích nghi. Đưa ra ba phương án thích nghi thường được sử dụng: thích nghi theo SNR phát, theo mức điều chế và theo cơ chế chọn lọc sóng mang đồng thời tiến hành phân tích hiệu quả của các cơ chế thích nghi. Chương đã đưa ra mô hình hệ thống truyền dẫn OFDM sử dụng thuật toán thích nghi theo cơ chế chọn lọc sóng mang và một số thuật toán được sử dụng trong chương trình mô phỏng. CHƯƠNG 5 CHƯƠNG TRÌNH MÔ PHỎNG 5.1 Giới thiệu chương Chương này sẽ trình bày về mô hình để mô phỏng một hệ thống AOFDM, đưa ra các kết quả của chương trình mô phỏng và tiến hành đánh giá hiệu năng của hệ thống trong các trường hợp thích nghi. Cuối cùng là phần kết luận và đề xuất hướng phát triển của đề tài. 5.2 Mô hình mô phỏng hệ thống truyền dẫn OFDM thích nghi Mô hình mô phỏng hệ thống OFDM được cho ở hình 5.1. Dữ liệu của người dùng là file ảnh thuộc các định dạng: JPEG, BITMAP, …Dữ liệu đọc được từ file ảnh sẽ có dạng một vector 3 chiều, với các phần tử có dạng thập phân 1-256. Do không thể truyền trực tiếp một vector 3 chiều được cho nên phải tiến hành chuyển đổi vector 3 chiều thành vector 1 chiều, sau đó để truyền qua hệ thống OFDM cần tiến hành chuyển đổi dữ liệu thập phân sang ‘từ’ nhị phân 8 bit. Bộ tính lỗi sẽ so sánh sự khác nhau giữa dữ liệu phát và thu và tính số lượng lỗi, sau đó hiển thị lỗi để tính hiệu năng của hệ thống. Dữ liệu nhị phân sau đó được đưa lên điều chế M-QAM, tiếp theo dữ liệu sau điều chế M-QAM được đưa đến bộ điều chế OFDM. Dữ liệu sau điều chế OFDM được phát qua kênh vô tuyến đến máy thu. Máy thu sẽ thực hiện ngược các công việc với phía phát. Dữ liệu cuối cùng có dạng vector 3 chiều với các phần tử có dạng t