Luận văn Kỹ thuật điều chế thích nghi

sử dụng với xác suất lỗi thấp. Chúng ta sẽ phân tích bốn sơ đồ điều chế trong các điều kiện lý tưởng: BPSK, QPSK, 16QAM, 64QAM. 2.3.2. Giới hạn thích nghi Chúng ta cần một cách để hệ thống quyết định sơ đồ điều chế nào tốt nhất cho điều kiện hiện tại, BER tại bộ thu sẽ tốt hơn để quyết định chuyển mạch. Tuy nhiên, chúng ta quyết định các phạm vi nào của SNR sẽ được sử dụng cho sơ đồ điều chế nào, vấn đề này được thực hiện trong kênh AWGN cho mỗi sơ đồ điều chế. Điều này đòi hỏi rằng tín hiệu của chúng ta là , với là kênh fading, là tín hiệu phát đi và là tín hiệu nhiễu. SNR là tỷ số công suất tín hiệu trên công suất nhiễu. Trong hệ thống, chúng ta xem công suất tín hiệu là công suất của tín hiệu phát nhân với kênh Rayleigh. Kết quả công suất tín hiệu là công suất tín hiệu thu tức thời và được so sánh trực tiếp với công suất nhiễu. Điều này cho phép chúng ta xem BER trong một kênh AWGN. Chúng ta có các công thức xác suất lỗi bít [1] của bốn sơ đồ điều chế như sau: (2.1) (2.2) (2.3) (2.4) với tỷ số tín hiệu trên nhiễu là . Tính toán BER trên lý thuyết cho mỗi sơ đồ điều chế chúng ta có đồ thị như sau: Hình 2. 2: Thực hiện BER trong AWGN Trên hình 2.2, đường cong từ trái sang phải đặc trưng cho BER của BPSK, QPSK, 16QAM và 64QAM trong kênh AWGN. Để quyết định các mức chuyển mạch chính xác từ đồ thị này, chúng ta có các điểm hoạt động của hệ thống chúng ta, hoặc thực hiện BER. Chúng ta chọn như là điểm hoạt động của chúng ta. Điều này có nghĩa là hệ thống của chúng ta sẽ giữ sao cho BER thấp hơn với sơ đồ điều chế hiệu suất phổ lớn nhất bất cứ lúc nào có thể. Tại điểm này chúng ta sẽ xác định hiệu suất phổ là số bít thông tin được mã hoá trên một symbol truyền được điều chế. Ví dụ, BPSK có hiệu suất phổ là 1 bit trên symbol, QPSK có một hiệu suất phổ là 2 bit trên symbol, 16QAM có 4 bít trên symbol, và 64QAM có 6 bit trên symbol. Do vậy điểm hoạt động của chúng ta được cho bởi đồ thị BER, chúng ta có phạm vi SNR cho mỗi sơ đồ điều chế như sau: BPSK 9.5dB <= SNR < 12.5dB QPSK 12.5dB <= SNR < 19.5dB 16QAM 19.5dB <= SNR < 25.5dB 64QAM 25.5dB <= SNR Bảng 1: Phạm vi của SNR cho các sơ đồ điều chế Chúng ta thấy ở các mức này: tại giá trị BER , không có sơ đồ điều chế nào cho ta thực hiện tại mức SNR thấp hơn 9.5dB. Do vậy, chúng ta chọn BPSK (nếu không chặn truyền). Giữa 9.5dB và 12.5dB, chỉ một sơ đồ cho chúng ta thực hiện BER thấp hơn đó là BPSK. Giữa 12.5dB và 19.5dB, QPSK cho chúng ta BER tại đó có hiệu suất phổ tốt hơn BPSK. Và tại SNR Giữa 19.5dB và 25.5dB, 16QAM cho chúng ta hiệu suất phổ tốt hơn QPSK và khi SNR lớn hơn 25.5dB, 64QAM cho chúng ta hiệu suất phổ tốt nhất trong khi vẫn đáp ứng BER như yêu cầu. 2.4. ĐIỀU CHẾ THÍCH NGHI CHO KÊNH FADING BĂNG HẸP. Nguyên lý điều chế thích nghi cho kênh fading băng hẹp là: trong một kênh băng hẹp, SNR có thể thay đổi đột ngột. Nguyên lý chung của điều chế thích nghi là sử dụng một kiểu điều chế mức cao hơn, khi đặc tính kênh thuận lợi để tăng tốc độ truyền dẫn và ngược lại, một kiểu điều chế thấp hơn được yêu cầu. Khi đặc tính kênh thấp. Điều này đạt được tại một tốc độ symbol không đổi, bất chấp kiểu điều chế được lựa chọn và từ đây băng thông yêu cầu không thay đổi. Khảo sát tiêu chuẩn và phương pháp để lựa chọn mô hình điều chế của bộ phát. Tiêu chuẩn được sử dụng bởi Torrance [2] là công suất thu được tức thời, được đánh giá bằng việc khảo sát sự tương hỗ của kênh trong môi trường TDD (Time Division Duplex). Việc đánh giá này được sử dụng để lựa chọn một kiểu điều chế có thể nhờ so sánh đánh giá đặc tính kênh dựa vào một mức ngưỡng chuyển mạch được xác lập . Ví dụ: nếu như công suất thu được đánh giá tức thời giữa hai giá trị và , BPSK được chọn lựa cho khung truyền tiếp theo. Tuy nhiên, khi công suất thu tức thời thấp hơn , việc truyền dẫn có thể không cho phép truyền. Hình 2. 3: Đặc tính của SNR trong kênh băng hẹp, được sử dụng để chọn lựa các sơ đồ tiếp theo. Điều chế thích nghi thu được tốc độ truyền cực đại. Điều này đạt được, khi một mô hình điều chế mức cao hơn được sử dụng, nếu như SNR thuận lợi (tăng). Ngược lại, sơ đồ cũng tối ưu hoá BER trung bình do sử dụng một mô hình điều chế mạnh hơn, khi đặc tính kênh giảm. Điều này có sự trao đổi (trade-off) giữa BER trung bình và BPS. Sự trao đổi này được điều chỉnh nhờ giá trị của các ngưỡng chuyển mạch . Khi các giá trị này giảm, xác suất sử dụng các mô hình điều chế cao hơn tăng lên, vì vậy thực hiện BPS tốt hơn. Ngược lại, nếu như các giá trị tăng, các mô hình điều chế mức thấp hơn được sử dụng thường xuyên hơn kết quả BER trung bình được cải thiện. 2.4.1. Điều khiển công suất trên kênh fading băng hẹp. Điều khiển công suất trong điều chế thích nghi trên một kênh băng hẹp. Ngưỡng cơ bản điều khiển công suất chỉ được sử dụng, khi công suất thu được ở trong phạm vi trung tâm của các ngưỡng chuyển mạch của điều chế thích nghi , và phạm vi này được gọi là miền điều khiển công suất (PCZ-Power Control Zone). Độ rộng của phạm vi này được điều khiển bởi dãi động k cực đại để điều khiển công suất. Vậy, nếu SNR thu trong phạm vi của PCZ, điều khiển công suất được sử dụng, ở đây công suất phát có thể tăng hoặc giảm trong phạm vi cực đại của dải động k, công suất phát có thể không thay đổi. Hình 2.4: Sơ đồ ngưỡng điều khiển công suất Các miền điều khiển công suất được xác định bởi các ngưỡng chuyển mạch và phạm vi dãi động cực đại k của sơ đồ điều khiển công suất ngưỡng. Mục đích chính sử dụng ngưỡng cơ bản sơ đồ điều khiển công suất để tối ưu hệ thống trong điều chế thích nghi, ví dụ: nếu như mức SNR thu được thấp hơn một ngưỡng chuyển mạch thích nghi thực tế, công suất phát có thể tăng để chắc chắn rằng SNR thu thực tế ở trên mức ngưỡng thích nghi thực tế. Do vậy, một mô hình điều chế mức cao hơn có thể được sử dụng, mức SNR thu được phải trên mức ngưỡng chuyển mạch thích nghi, công suất phát có thể giảm đi, để sử dụng một mô hình điều chế mức thấp hơn. Vậy chắc chắn rằng BER được cải thiện. Một thuận lợi khác sử dụng sơ đồ điều khiển công suất trên các ngưỡng cơ bản sẽ giảm sự chuyển mạch kiểu điều chế của máy phát. Sơ đồ này được sử dụng dể duy trì mô hình điều chế trước tăng hoặc giảm công suất bộ phát, bất cứ khi nào mức chuyển mạch SNR thu được nằm trong phạm vi của miền điều khiển công suất. Điều khiển công suất dựa trên mức ngưỡng cơ bản có thể sử dụng để cải tiến thực hiện điều chế thích nghi trong giới hạn BER, BPS trung bình và chuyển mạch điều chế. 2.4.2. Ngưỡng điều khiển công suất để cải thiện thực hiện tỷ số lỗi bít Sơ đồ điều khiển công suất với ngưỡng cơ bản được tối ưu hoá để đạt được sự cải thiện BER trung bình. Bất kỳ mức SNR thu được trên ngưỡng chuyển mạch, nhưng nằm trong phạm vi dãi động điều khiển công suất, công suất phát giảm để đảm bảo rằng một kiểu điều chế thấp hơn được sử dụng. BER được cải thiện do sử dụng một kiểu điều chế mạnh hơn. Trên cơ sở tiêu chuẩn này, một bảng chuyển tiếp kiểu điều chế thích nghi có thể được công thức hoá như trong bảng 2 Điều chế trước. Không truyền (KT) BPSK QPSK 16QAM 64QAM Mức SNR Thấp hơn KT KT KT KT KT KT KT KT KT KT KT KT KT KT KT BPSK BPSK BPSK BPSK BPSK BPSK BPSK BPSK BPSK BPSK BPSK BPSK BPSK BPSK BPSK QPSK QPSK QPSK QPSK QPSK QPSK QPSK QPSK QPSK QPSK QPSK QPSK QPSK QPSK QPSK 16QAM 16QAM 16QAM 16QAM 16QAM 16QAM 16QAM 16QAM 16QAM 16QAM 16QAM 16QAM 16QAM 16QAM 16QAM Trên 64QAM 64QAM 64QAM 64QAM 64QAM Bảng 2: Bảng chuyển tiếp điều chế thích nghi Chú ý: và được mô tả cho công suất lên và công suất xuống, k được đặc trưng cho phạm vi dãi động cực đại của ngưỡng điều khiển công . Các ngưỡng chuyển mạch thích nghi và PCZ, ở đây sơ đồ điều khiển công suất có thể được sử dụng đặc biệt ở bảng chuyển tiếp. Độ rộng của PCZ phụ thuộc vào phạm vi dãi động cực đại, phạm vi cao hơn, PCZ rộng hơn. Kiểu điều chế được chọn hiện tại dựa vào SNR nhận được tức thời phối hợp với ngưỡng cơ bản của sơ đồ điều khiển công suất giống như kiểu điều chế trước. Hình 2.5(a) và 2.5(b), nó xác định độ lớn cho các dãi động k khác nhau. Được so sánh với sơ đồ điều chế thích nghi không điều khiển công suất. BER của sơ đồ điều chế thích nghi có điều khiển công suất đã được cải thiện. Hình 2.5: BER và BPS trung bình của điều chế thích nghi sử dụng sơ đồ ngưỡng điều khiển công suất cho các phạm vi dãi động khác nhau Khi so sánh với sơ đồ điều chế thích nghi thông thường, mặc dù BPS trung bình giảm. BER trung bình của sơ đồ hình 3.5(b) thấp hơn. Mặc dù ở chế độ không có kiểu truyền dẫn (KT) nào được sử dụng trong sơ đồ, ở đây việc truyền dẫn là không được phép cho đến khi chất lượng kênh tốt hơn. Đáng chú ý nữa là khi phạm vi dãi động của điều khiển công suất tăng thì BER trung bình được cải thiện. Điều này phù hợp, khi miền điều khiển công suất (PCZ) rộng hơn giống như tăng phạm vi dãi động. Do vậy, ngưỡng cơ bản của sơ đồ điều khiển công suất được sử dụng trên một phạm vi rộng hơn của SNR tức thời. Như vậy, thuận tiện hơn để sử dụng kiểu điều chế mạnh hơn, với kết quả BER giảm. Việc sử dụng ngưỡng cơ bản điều khiển công suất để cải thiện kết quả BER, trong khi vẫn duy trì gần không thay đổi ngưỡng chuyển mạch. Trong phần kế tiếp sơ đồ được tối ưu hoá để cải thiện BPS. 2.4.3. Điều khiển công suất ngưỡng để cải thiện BPS. Khi ngưỡng điều khiển công suất được sử dụng, để tăng BPS trung bình. Điều này đạt được bằng việc tăng công suất phát trong phạm vi PCZ, bất cứ khi nào công suất tức thời thu được thấp hơn mức ngưỡng trung tâm. Một kiểu điều chế mức cao hơn được sử dụng, điều này làm tăng BPS trung bình. Một bảng chuyển tiếp kiểu điều chế thích nghi có thể được công thức hoá như trong bảng 3 Điều chế trước. Không truyền (KT) BPSK QPSK 16QAM 64QAM Mức SNR Thấp hơn KT KT KT KT KT BPSK BPSK BPSK BPSK BPSK BPSK BPSK BPSK BPSK BPSK BPSK BPSK BPSK BPSK BPSK QPSK QPSK QPSK QPSK QPSK QPSK QPSK QPSK QPSK QPSK QPSK QPSK QPSK QPSK QPSK 16QAM 16QAM 16QAM 16QAM 16QAM 16QAM 16QAM 16QAM 16QAM 16QAM 16QAM 16QAM 16QAM 16QAM 16QAM 64QAM 64QAM 64QAM 64QAM 64QAM 64QAM 64QAM 64QAM 64QAM 64QAM Trên 64QAM 64QAM 64QAM 64QAM 64QAM Bảng 3: Bảng chuyển tiếp điều chế thích nghi, để đạt được BPS trung bình cao. Chú ý: và được mô tả cho công suất lên và công suất xuống, k được đặc trưng cho phạm vi dãi động cực đại của ngưỡng điều khiển công . Giá trị trung bình của BER và BPS được cho ở hình 2.6(a) và 2.6(b) cho sơ đồ điều chế thích nghi không bị chặn và bị chặn khi truyền. Những hiệu ứng của các phạm vi dãi động k, do tiêu chuẩn BPS tăng lên đột ngột và kết quả của phương pháp điều khiển công suất, BPS trung bình được cải thiện tại BER trung bình cao hơn. Khi tăng dãi động điều khiển công suất cũng để tăng BPS trung bình, ở đây miền điều khiển công suất rộng hơn thường xuyên được sử dụng trong ngưỡng cơ bản của sơ đồ điều khiển công suất, do đó tăng BPS trung bình. Hình 2. 6: BER và BPS trung bình của điều chế thích nghi sử dụng sơ đồ ngưỡng điều khiển công suất cho các phạm vi dãi động khác nhau Việc sử dụng ngưỡng điều khiển công suất để cải thiện BPS trung bình làm giảm BER trung bình, trong khi chuyển mạch không thay đổi nhiều hoặc ít hơn, khi so sánh với sơ đồ điều chế thích nghi. Kế tiếp sử dụng sơ đồ điều khiển công suất được nghiên cứu để giảm chuyển mạch và các hiệu quả của BER và BPS trung bình. 2.4.4. Ngưỡng điều khiển công suất cho sử dụng chuyển mạch tối thiểu Trong việc tối ưu hoá sơ đồ điều chế thích nghi cho mức chuyển mạch thấp hơn, sơ đồ ngưỡng điều khiển công suất được thiết kế để duy trì kiểu điều chế được sử dụng trước nếu như SNR trong phạm vi của miền điều khiển công suất và kiểu điều chế trước là một điều hợp lý trong miền điều khiển công suất, sơ đồ ngưỡng điều khiển công suất để giảm chuyển mạch. Tương ứng bảng chuyển tiếp kiểu điều chế được công thức hoá trong bảng 4, trong bảng này công suất lên và công suất xuống được sử dụng phù hợp để bảo đảm rằng kiểu điều chế còn lại không thay đổi. Kiểu công suất xuống được sử dụng chỉ riêng để giảm BER trung bình. Điều chế trước. Không truyền (KT) BPSK QPSK 16QAM 64QAM Mức SNR Thấp hơn KT KT KT KT KT KT BPSK KT KT KT BPSK BPSK BPSK BPSK BPSK BPSK BPSK BPSK BPSK BPSK BPSK BPSK QPSK BPSK BPSK QPSK BPSK QPSK QPSK QPSK QPSK QPSK QPSK QPSK QPSK QPSK QPSK QPSK 16QAM QPSK 16QAM 16QAM QPSK 16QAM 16QAM 16QAM 16QAM 16QAM 16QAM 16QAM 16QAM 16QAM 16QAM 16QAM 64QAM 64QAM 64QAM 64QAM 16QAM 64QAM Trên 64QAM 64QAM 64QAM 64QAM 64QAM Bảng 4: Bảng chuyển tiếp được thiết kế để đạt được một mức chuyển mạch thấp được sử dụng. Tương ứng với bảng chuyển tiếp đã được công thức hoá ở bảng 4, trong bảng này công suất lên và công suất xuống được sử dụng phù hợp để chắc rằng sơ đồ điều chế được yêu cầu không thay đổi. Điều này khác ở bảng 2, ở đây công suất xuống được sử dụng ngoại trừ giảm BER trung bình và bảng 3, công suất lên được sử dụng để tăng BPS trung bình. Như trước, thực hiện sơ đồ điều khiển công suất được phân tích các giới hạn của BER, BPS, sử dụng chuyển mạch và sử dụng điều khiển công suất. Mối liên hệ giữa BER trung bình và BPS trung bình được thể hiện trong hình 2.7(a) và 2.7(b) cho các trường hợp không bị chặn và bị chặn truyền dữ liệu tương ứng với từng sơ đồ. Các kết quả được so sánh với sơ đồ điều chế thích nghi không điều khiển công suất. Ơ đây một sự giảm dần BER trung bình tại các SNR trung bình của kênh sử dụng các kiểu điều chế thấp hơn thì trội hơn, điều này cho phép điều khiển công suất để giảm đến mức tối thiểu sử dụng chuyển mạch không giảm BER trung bình hoặc BPS trung bình. Tuy nhiên, tại các SNR trung bình của kênh khoảng 20dB, các kiểu điều chế cao hơn được lựa chọn thường xuyên hơn. Hơn nữa, sử dụng điều chế mức cao hơn này được duy trì bởi chế độ điều khiển công suất ngưỡng, tương ứng với một xác suất lỗi cao hơn. Điều này làm giảm BER trung bình tại các SNR trung bình của kênh ở 20dB, như ở hình 2.7(a) và 2.7(b). Tối thiểu hoá mức chuyển mạch thấp hơn, việc sử dụng chuyển mạch được giảm với các phạm vị dãi động điều khiển công suất càng tăng. Hình 2.7: BER và BPS trung bình sử dụng sơ đồ điều khiển ngưỡng công suất cho các phạm vi dãi động khác nhau. Bảng 5: BER trung bình, BPS trung bình, sử dụng chuyển mạch và điều khiển công suất cho ba ngưỡng điều khiển công suất khác nhau được cho ở bảng 2, 3 và 4 cho các phạm vi dãi động khác nhau. 2.5. ĐIỀU CHẾ THÍCH NGHI TRONG MÔI TRƯỜNG BĂNG RỘNG. Sử dụng điều chế thích nghi trong môi trường kênh fading băng rộng, ở đây sự cân bằng đóng một vai trò quan trọng, vậy khi áp dụng điều chế thích nghi trong môi trường băng rộng, chuyển mạch tối ưu hoá của bộ cân bằng cho sơ đồ điều chế thích nghi thật sự cần thiết. Trong môi trường băng rộng tồn tại nhiều thành phần đa đường, đồng thời trong kênh băng rộng không chỉ suy hao về công suất trong truyền dẫn mà còn bị ISI. Truyền dẫn trong kênh băng rộng làm giảm công suất tín hiệu và bị ISI giống như một kết quả trong kênh fading đa đường của kênh băng rộng. 2.6. ĐIỀU CHẾ THÍCH NGHI. Bây giờ chúng ta đã thiết lập được các điểm chuyển mạch điều chế, chúng ta có thể thảo luận thực hiện điều chế thích nghi, về các giới hạn của BER và hiệu suất phổ (BPS). Chúng ta sẽ xem xét thêm ở Torrance và Hanzo [2] cho việc phân tích điều chế thích nghi. Mục đích chính của điều chế thích nghi là duy trì một sự thực hiện cố định với mức công suất phát thay đổi, sơ đồ điều chế, tốc độ mã hoá, vv ..., cho phép chúng ta thay đổi tốc độ dữ liệu không có sự suy biến về BER. Trong hệ thống thông tin di động mặt đất, giá trị trung bình của mức tín hiệu thu được thay đổi do kênh fading, điều chế thích nghi là một cách hiệu quả để đạt được các tốc độ dữ liệu cao. Ở đây chúng ta nghiên cứu các mức điều chế được điều khiển được điều chế thích nghi. Chúng ta xem xét hai yếu tố quan trọng là: BER và hiệu suất phổ. Hiệu suất phổ có thể được định nghĩa là giá trị của (số bít trên một symbol), với M là mức điều chế. Các sơ đồ điều chế được chọn lựa cho điều chế thích nghi là BPSK, QPSK, 16-QAM và 64-QAM với các mức đề nghị 1, 2, 4 và 6 bit trên symbol tương ứng cho mỗi sơ đồ điều chế. Chúng ta sẽ xem xét một ngưỡng cơ bản của sơ đồ thích nghi mà các chuyển mạch giữa các sơ đồ điều chế khác nhau phụ thuộc SNR trên kênh được đánh giá trong suốt mỗi khung. SNR của kênh được đánh giá tại bộ thu và được báo lại cho bộ phát qua một kênh phản hồi (feedback). Sự lựa chọn tốc độ có thể được làm tại bộ phát hoặc bộ thu. Nếu sự lựa chọn tốc độ được thực hiện tại bộ phát, nhiều thông tin phản hồi được yêu cầu khi SNR phải được lượng tử hoá và phát đi. Thông tin này được sử dụng để lựa chọn một sơ đồ điều chế cho khung (frame) truyền kế tiếp bằng cách đó để duy trì BER thấp ở một mức ngưỡng thực hiện theo yêu cầu. Để có một SNR của kênh được đánh giá không thay đổi cho tất cả các symbol trong khung truyền chúng ta yêu cầu một kênh fading chậm và phẳng (flat). Điều kiện này cần thiết để chắc chắn rằng các điều kiện kênh không thay đổi một cách đột ngột trong một khung (frame) truyền. Sơ đồ điều chế dựa trên cơ sở SNR của kênh được đánh giá sẽ không còn tối ưu trong khung tích cực. Chúng ta sẽ xem xét tác động của tốc độ fading trên sự thực hiện trực tiếp điều chế thích nghi, hình sau cho một cái nhìn tổng quan về điều chế thích nghi. Bộ phát Bộ thu Kênh (Rayleigh fading + Gaussian) Tính toán Metric của tín hiệu thu được để điều chế thích nghi cho khung truyền tiếp theo Hình 2. 8: Sơ đồ điều chế thích nghi cơ bản Như đã đề cập ban đầu, điều chế thích nghi dựa trên SNR của kênh cơ bản từ tín hiệu thu được. Ba mức chuyển mạch được xác lập cho các sơ đồ điều chế được thừa nhận và được đáp ứng SNR tại QPSK, 16-QAM và 64-QAM đạt 0.1%, 1% và 10% BER trong một kênh Gaussian. Lý do chúng ta sử dụng thực hiện AWGN để chọn các ngưỡng là trong suốt khung truyền chúng ta giả sử SNR không thay đổi, như các điều kiện của AWGN. Các phạm vi đáp ứng ba đích BER khác nhau được mô tả trong bảng 6. Hình 2.9 cho thấy các mức BER này với các đường cong theo lý thuyết cho các sơ đồ điều chế khác nhau trong AWGN. Các điều kiện dựa trên SNR được ước tính Điều chế thích nghi BER = 10% SNR <=2dB BPSK 2dB < SNR <=8dB QPSK 8dB < SNR <=12dB 16QAM 12dB < SNR 64QAM BER = 1% SNR <= 8dB BPSK 8dB < SNR <=14dB QPSK 14dB < SNR <= 20dB 16QAM 20dB < SNR 64QAM BER = 0.1% SNR <= 11dB BPSK 11dB < SNR <=17dB QPSK 17dB < SNR <= 25dB 16QAM 25dB < SNR 64QAM Bảng 6: Các mức chuyển mạch Thực hiện điều chế thích nghi có thể được tính như sau: (2.5) Với là hàm phân bố của SNR tức thời được giả thiết là phân bố Chi-Square với hai bậc tự do (tương tự, fading Rayleigh), là số bít trung bình trên một symbol, (2.6) là các mức cố định cho BPSK, QPSK, 16-QAM và 64-QAM, và là xác suất bít lỗi của các sơ đồ điều chế tương ứng trong một kênh AWGN với SNR là . Các công thức này được cho bởi (2.1), (2.2), (2.3) và (2.4) . Hình 2.10 (a),(b) và (c) minh họa thực hiện BER theo lý thuyết của điều chế thích nghi cho ba tỷ số lỗi đích khác nhau trong trong sự có mặt của fading Rayleigh như một hàm của SNR trung bình. Mỗi hình bao gồm thực hiện các sơ đồ điều chế riêng lẽ. Hiệu suất phổ của mỗi tỷ số lỗi đích được minh họa trong hình 2.10 (d). Hình 2. 9: Xác suất lỗi bít trong AWGN (a) (b) Xác suất lỗi bít của điều chế thích nghi trong AWGN ở 10% , 1% và 0.1% (c) (d) Hình 2. 10: Thực hiện BER theo lý thuyết của điều chế thích nghi cho ba tỷ số lỗi đích khác nhau Xác suất lỗi bít và hiệu suất phổ của điều chế thích nghi trong AWGN Hình đầu tiên sự thực hiện BER và hiệu suất phổ của điều chế thích nghi, không có sơ đồ không thích nghi nào cho thấy sự thực hiện đồng thời cung cấp hiệu quả phổ tốt hơn. Nói cách khác, điều chế thích nghi cung cấp đồng thời hiệu suất phổ và năng lượng tốt nhất cho bất kỳ các sơ đồ điều chế. Trong khi các sơ đồ cố định đạt được một trong hai hiệu quả phổ tốt hoặc hiệu quả năng lượng tốt nhưng không thể cả hai. Điều chế thích nghi tăng hiệu suất phổ mà không giảm sự thực hiện. Chúng ta cũng phải chọn một BER đích không chắc chắn rằng chúng ta sẽ đạt được sự thực hiện. Điều này do thật sự có một số sơ đồ điều chế cố định. Như có thể thấy ở hình 2.9, tại bất kỳ tỷ số lỗi đích có các kẽ hở quan trọng giữa các sơ đồ điều chế được chọn lựa. Ví dụ: tại một tỷ số lỗi đích 1% QPSK yêu cầu SNR là 8dB. Khi SNR của kênh tại giá trị đó, điều chế thích nghi sẽ đạt 1% BER. Tuy nhiên, cho tất cả các giá trị giữa 8dB và 14dB, điều chế thích nghi sẽ sử dụng QPSK và đạt được tốt hơn 1% BER. Chỉ khi kênh đạt đến 14dB và sơ đồ điều chế chuyển mạch sang 16-QAM sẽ làm cho BER trở lại BER đích. Vì vậy, sự thực hiện sẽ giữ để BER tốt hơn BER đích như trong hình ngoại trừ khi SNR thấp hơn giá trị cần cho BPSK để đạt được BER đích. Các kiểu khác là các tác động của BER đích dựa trên hiệu suất phổ. Khi chúng ta tăng BER đích, tức là chúng ta tăng hiệu suất phổ. Vì vậy, chúng ta có thể dễ dàng thay đổi hiệu suất phổ bằng việc thay đổi BER đích và các mức chuyển mạch. 2.6.1. Đánh giá kênh truyền Công việc cuối cùng của bộ thu là giải mã tín hiệu thu được để thu được luồng bít được xem như là luồng bit ban đầu. Không may rằng, do các nguyên nhân gây méo do kênh truyền, nên không thể làm điều này một cách trực tiếp. Thay vào đó chúng ta phải tìm cách hiệu chỉnh tín hiệu thu được trước khi giải điều chế. Chúng ta sẽ làm điều này bằng cách điều chế với sự có mặt của Symbol Pilot (PSAM-Pilot Symbol Assisted Modulation). Ý tưởng của PSAM là chèn các symbol được biết trong luồng dữ liệu truyền của chúng ta tại các khoảng được xác lập. Các symbol này được gọi là các symbol pilot. Information Symbol Pilot Symbol Mục đích của symbol pilot là cách để bộ thu biết được tiêu chuẩn của kênh tại pilot. Sử dụng hệ thống này, chúng ta có các mẫu kênh khá chính xác tại tần số bằng tốc độ symbol pilot. Sử dụng các pilot, chúng ta có thể nội suy các giá trị của kênh nhờ sử dụng một phương pháp nội suy chính xác. Chúng ta sử dụng các phép tính gần đúng FFT. 2.6.1.a. Cơ bản về điều chế với sự có mặt của symbol Pilot Trong PSAM, một symbol Pilot đã được biết và các symbol thông tin được ghép trong miền thời gian [như đa hợp phân chia theo thời gian - TDM] tại bộ phát. N-1 data symbols Pilot Symbols Information Symbols TDM Hình 2. 11: Dạng khung của PSAM Symbol pilot được chèn một cách có chu kỳ vào chuỗi symbol thông tin. Áp dụng lý thuyết lấy mẫu Nyquist, chúng ta có mối quan hệ giữa tần số Doppler Fd, chu kỳ symbol Ts và chiều dài khung N (khoảng cách symbol pilot khi có một pilot trên khung): (2.7) Công thức này cho thấy các symbol pilot phải được chèn vào thường xuyên hơn khi tốc độ Doppler tăng. Một khung có N symbol bao gồm một symbol pilot theo sau bởi (N-1) symbol thông tin. Điều chế Số bit trên symbol Symbol pilot BPSK 1 1+j0 QPSK 2 1+j 16QAM 4 3+j3 64QAM 6 7+j7 Bảng 7: Symbol pilot được sử dụng trong các sơ đồ điều chế khác nhau Công thức 2.7 chỉ cho chúng ta cách lấy mẫu một cách thường xuyên như thế nào dựa vào định lý lấy mẫu Nyquist. Tuy nhiên, chúng ta phải nhớ rằng các mẫu tại bộ thu của chúng ta bao gồm cả nhiễu. Do vậy, năng lượng symbol pilot rất quan trọng khi xác định tỷ số tín hiệu trên nhiễu (SNR) của các mẫu. Để làm cực đại SNR của các mẫu kênh, chúng ta chọn symbol với năng lượng lớn nhất trong symbol được lập ở bảng7. Hình 3.12 cho thấy chòm sao tín hiệu 16-QAM và 64-QAM với màu xẩm tối (màu đỏ) đặc trưng cho các symbol pilot với công suất tín hiệu. 16QAM 64QAM Hình 2. 12: Chòm sao tín hiệu QAM mô tả symbol pilot Sau bộ lọc (như Match filtering), bộ thu giải đa hợp các symbol pilot và các symbol thông tin. Tách chuỗi symbol pilot rồi được xử lý để chuyển điều chế và được nội suy để cho một sự đánh giá do méo fading cho các symbol thông tin. Do vậy, sự biến đổi biên độ và pha do fading có thể được đánh giá cho mỗi symbol dữ liệu. Đánh giá được sử dụng để cân bằng các symbol thông tin để tách sóng 2.6.1.b. Mô tả nội suy FFT (biến đổi Fourier nhanh) Một ứng dụng quan trọng của giải thuật FFT là ứng dụng trong bộ lọc tuyến tính FIR cho những chuỗi dữ liệu dài. Giải thuật FFT tạo N điểm của dữ liệu ngõ vào và chuyển đổi N điểm sang miền tần số bằng biến đổi FFT (fast Fourier Transform) của dữ liệu ngõ vào. Dữ liệu ngõ vào để đánh giá kênh sử dụng FFT tỷ lệ với các symbol pilot thu được với các symbol pilot đã được biết. Hệ số này cho một sự đo đạc về sự biến dạng symbol pilot qua kênh fading phẳng. Hình 2.13 cho thấy giải thuật FFT. N và Np là lũy thừa bậc hai để sử dụng FFT và IFFT. G(n) là ngõ ra của FFT được cung cấp bởi công thức 2.7 được thoả mãn G(n) có tất cả các thành phần của kênh fading. Và n = Np, G’(n=0). Do vậy chúng ta có thể nội suy từ 2Np symbol thành 2NNp symbol với việc chèn thêm các điểm 0. Phép nội suy được thực hiện như sau: (2.8) Ơ đây G’(n) được xem là hàm tuần hoàn. , với () (2.9) Việc chèn các điểm 0 trong miền tần số bằng nội suy giữa các symbol pilot trong miền thời gian. Sơ đồ này đơn giản bởi vì