Nghiên cứu tổng quan về Wimax, nhiễu và ảnh hưởng của nhiễu trong Wimax

Hay nói mӝt cách khác, ÿѭӡng truyӅn thҷng tҥm thӡi này sӁ làm cho công suҩt thu bҩt thѭӡng, và ÿѭӧc gӑi là hiӋn Wѭӧng che chҳn(shadowing), nhѭÿѭӧc trình bày ӣ hình 3.3 sau ÿây: Hình 3.2. Mô hình truyӅn sóng trong không gian tӵ do Ĉ͛ án t͙t nghi͏p -38- Xét trong vùng có phҥm vi nhӓ thì hiӋn tѭӧng suy hao ÿѭӡng truyӅn và che chҳn là không ÿáng kӇ và có giá trӏ cho phép mà không làm ҧnh hѭӣng ÿӃn chҩt lѭӧng tín hiӋu thu tҥi máy thu. 3.3.3. NhiӉu ÿӗng kênh CCI Ĉây là mӝt loҥi can nhiӉu xҧy ra khi hai tín hiӋu phát ÿi ӣ cùng mӝt tҫn sӕÿӃn cùng mӝt bӝ thu. Trong thông tin tӃ bào thì can nhiӉu thѭӡng ÿѭӧc gây ra bӣi mӝt cell khác hoҥt ÿӝng ӣ cùng tҫn sӕ(hình 3.4) ĈӇ hình dung, chúng ta lҩy ví dө ném hòn ÿá xuӕng nѭӟc. ViӋc ta ném nhiӅu hòn ÿá xuӕng nѭӟc tѭѫng ÿѭѫng nhѭ nhiӅu cuӝc gӑi khác nhau cùng bҳt ÿҫu. Vұy trҥm gӕc ӣ Hình 3.3. HiӋn tѭӧng che chҳn trên ÿѭӡng truyӅn tín hiӋu Hình 3.4. Giao thoa xuyên kênh Ĉ͛ án t͙t nghi͏p -39- Yӏ trí nào ÿó trong hӗ làm sao phân biӋt ÿѭӧc tín hiӋu cӫa nguӗn nào và tӯ hѭӟng nào ÿӃn. Ĉây chính là vҩn ÿӅ cӫa giao thoa xuyên kênh hay còn gӑi là nhiӉu ÿӗng kênh. Nhѭ chúng ta ÿã biӃt, các hӋ thӕng ăngten tұp trung ÿӅu tín hiӋu trong mӝt vùng không gian rӝng lӟn. Các tín hiӋu có thӇ không ÿӃn ÿѭӧc vӟi ngѭӡi sӱ dөng mà ta mong muӕn, nhѭng chúng có thӇ trӣ thành can nhiӉu cho nhӳng ngѭӡi sӱ dөng khác có cùng mӝt tҫn sӕ trong cùng mӝt tӃ bào hay nhӳng tӃ bào kӃ cұn. Can nhiӉu là nhân tӕ chính quyӃt ÿӏnh ÿӃn chҩt lѭӧng cӫa hӋ thӕng không dây do ÿó viӋc ÿLӅu khiӇn ÿѭӧc can nhiӉu sӁ giúp cҧi thiӋn ÿáng kӇÿѭӧc ÿáng kӇÿѭӧc dung lѭӧng cӫa hӋ thӕng. 3.3.4. HiӋn tѭӧng ÿa ÿѭӡng(multipath) Multipath là hiӋn tѭӧng khi mà tín hiӋu radio ÿѭӧc phát ÿi bӏ phҧn xҥ trên các EӅ mһt vұt thӇ tҥo ra nhiӅu ÿѭӡng tín hiӋu giӳa trҥm gӕc và thiӃt bӏÿҫu cuӕi sӱ dөng. .Ӄt quҧ là tín hiӋu ÿӃn các thiӃt bӏÿҫu cuӕi sӱ dөng là tәng hӧp cӫa tín hiӋu gӕc và các tín hiӋu phҧn xҥ.(hình 3.5) Các v̭n ÿ͉ có liên quan ÿ͇n nhi͍u ÿa ÿ˱ͥng: 0ӝt trong nhӳng hӋ quҧ cӫa hiӋn tѭӧng multipath mà chúng ta không mong muӕn là các tín hiӋu sóng tӟi tӯ nhӳng hѭӟng khác nhau khi tӟi bӝ thu sӁ có sӵ trӉ pha và vì vұy khi bӝ thu tәng hӧp các sóng tӟi này sӁ không có sӵ phӕi hӧp vӅ pha(hình 3.6) Hình 3.5. HiӋn tѭӧng multipath Ĉ͛ án t͙t nghi͏p -40- ĈLӅu này sӁҧnh hѭӣng ÿӃn biên ÿӝ tín hiӋu, biên ÿӝ tín hiӋu sӁ tăng khi các tín hiӋu sóng tӟi cùng pha và sӁ giҧm khi các tín hiӋu này ngѭӧc pha. Trѭӡng hӧp ÿһc biӋt QӃu hai tín hiӋu ngѭӧc pha 1800 thì tín hiӋu sӁ bӏ triӋt tiêu(hình 3.7) HiӋn tѭӧng pha ÿinh: khi sóng cӫa các tín hiӋu ÿa ÿѭӡng ngѭӧc pha, cѭӡng ÿӝ tín hiӋu sӁ bӏ giҧm. HiӋn tѭӧng này vүn ÿѭӧc biӃt ÿӃn là “Rayleigh pha ÿinh” hay còn Jӑi là “pha ÿinh nhanh”. Sӵ suy giҧm thay ÿәi liên tөc hình thành nhӳng khe nhѭ hình chӳ V. Cѭӡng ÿӝ tín hiӋu bӏ thay ÿәi thҩt thѭӡng và rҩt nhanh chóng gây ra sӵ suy giҧm vӅ chҩt lѭӧng.(hình 3.8) Hình 3.6. Hai tín hiӋu multipath Hình 3.7. Hai tín hiӋu multipath ngѭӧc pha nhau 1800 Hình 3.8. HiӋn tѭӧng pha ÿinh Ĉ͛ án t͙t nghi͏p -41- 0ӝt hӋ quҧ nӳa cӫa hiӋn tѭӧng multipath là “trҧi trӉ” tӭc là khi bӏ phҧn xҥ thành nhiӅu tín hiӋu khác nhau thì các tín hiӋu sӁÿӃn bӝ thu ӣ nhӳng thӡi ÿLӇm khác nhau gây ra hiӋn tѭӧng giao thoa liên ký tӵ(intersymbol interference). Khi xҧy ra hiӋn tѭӧng này thì tӕc ÿӝ bit sӁ tăng lên làm giҧm ÿáng kӇ chҩt lѭӧng cӫa hӋ thӕng. 3.3.5. HiӋn tѭӧng Doppler HiӋn tѭӧng Doppler cNJng là mӝt hiӋn tѭӧng nhiӉu khác cNJng khá phә biӃn trong các hӋ thӕng thông tin di ÿӝng. HiӋn tѭӧng Doppler ÿѭӧc xác ÿӏnh khi mӝt nguӗn sóng và máy thu ÿang di chuyӇn liên quan ÿӃn vӟi nhau. Khi máy thu di chuyӇn vӅ phía trѭӟc (cùng chiӅu vӟi máy phát ra nguӗn sóng), tҫn sӕ cӫa tín hiӋu thu sӁ cao hѫn tín hiӋu nguӗn. Hình 3.9 là mӝt ví dө vӅ sӵ thay ÿәi vӅ cѭӡng ÿӝ cӫa thiӃt bӏ âm thanh cӫa xe ôtô khi nó di chuyӇn cùng chiӅu và ngѭӧc chiӅu vӟi hai observer [6] 3.4.Các biӋn pháp nhҵm giҧm ҧnh hѭӣng cӫa nhiӉu ÿѭӧc sӱ dөng trong WiMAX 3.4.1. Tái sӱ dөng tҫn sӕ phân ÿRҥn[2] Ĉây là mӝt phѭѫng pháp nhҵm nâng cao chҩt lѭӧng kӃt nӕi cӫa các thuê bao do ҧnh hѭӣng cӫa can nhiӉu cùng kênh(CCI) Trong WiMAX di ÿӝng hӛ trӧ tái sӱ dөng tҫn sӕ bҵng 1, nghƭa là tҩt cҧ các tӃ bào /sector hoҥt ÿӝng trên cùng mӝt kênh tҫn sӕ nhҵm tӕi ÿa hóa hiӋu quҧ sӱ dөng phә. Hình 3.9. HiӋn tѭӧng Doppler Ĉ͛ án t͙t nghi͏p -42- Tuy nhiên, do can nhiӉu cùng kênh(CCI) rҩt mҥnh trong triӇn khai tái sӱ dөng tҫn sӕ Eҵng 1, cho nên các thuê bao tҥi rìa tӃ bào giҧm cҩp chҩt lѭӧng kӃt nӕi. Vӟi WiMAX di ÿӝng, các thuê bao hoҥt ÿӝng trên các kênh con, chӍ chiӃm mӝt ÿRҥn nhӓ cӫa toàn bӝ Eăng thông kênh; vҩn ÿӅ can nhiӉu biên tӃ bào có thӇÿѭӧc khҳc phөc dӉ dàng bҵng viӋc tҥo cҩu hình sӱ dөng kênh con mӝt cách hӧp lý mà không cҫn viӋn ÿӃn quy hoҥch Wҫn sӕ truyӅn thӕng. Trong WiMAX di ÿӝng, viӋc tái sӱ dөng kênh con linh hoҥt ÿѭӧc tҥo ÿLӅu kiӋn GӉ dàng nhӡ sӵ phân ÿRҥn kênh con và vùng hoán vӏ. Mӝt ÿRҥn là mӝt phҫn nhӓ các kênh con OFDMA khҧ dөng (mӝt ÿRҥn có thӇ bao gӗm tҩt cҧ các kênh con). Mӝt ÿRҥn ÿѭӧc sӱ dөng cho triӇn khai mӝt trѭӡng hӧp MAC duy nhҩt. Vùng hoán vӏ là mӝt sӕ các ký tӵ OFDMA liӅn kӅ nhau trong DL hoһc UL sӱ Gөng cùng mӝt phép hoán vӏ. Khung con cӫa DL hoһc UL có thӇ chӭa nhiӅu hѫn mӝt vùng hoán vӏ Mô hình tái sӱ dөng kênh con có thӇÿѭӧc cҩu hình sao cho các thuê bao gҫn sát trҥm gӕc hoҥt ÿӝng trong vùng có tҩt cҧ các kênh con khҧ dөng. Trong khi ÿó, ÿӕi vӟi các thuê bao rìa, mӛi tӃ bào hoһc sector hoҥt ÿӝng trong vùng chӍ có mӝt phҫn nhӓ cӫa Wҩt cҧ các kênh con là khҧ dөng. Trong hình 3.11, F1, F2 và F3 biӇu thӏ các tұp hӧp kênh con khác nhau trong cùng mӝt kênh tҫn sӕ. Vӟi cҩu hình này, tái sӱ dөng tҫn sӕ Eҵng mӝt “1” cӫa toàn tҧi ÿѭӧc duy trì cho các thuê bao trung tâm ÿӇ tăng tӕi ÿa hiӋu quҧ phә, và tái sӱ dөng tҫn sӕ phân ÿRҥn ÿѭӧc cài ÿһt cho các thuê bao rìa nhҵm ÿҧm Eҧo chҩt lѭӧng kӃt nӕi và thông lѭӧng cӫa thuê bao rìa. Quy hoҥch tái sӱ dөng kênh con có thӇÿѭӧc tӕi ѭu hóa mӝt cách năng ÿӝng qua các sector hoһc các tӃ bào dӵa trên Wҧi cӫa mҥng và các ÿLӅu kiӋn can nhiӉu trên cѫ sӣ tӯng khung mӝt. Do vұy, tҩt cҧ các WӃ bào hoһc các sector ÿӅu có thӇ hoҥt ÿӝng trên cùng mӝt kênh tҫn sӕ mà không cҫn gì ÿӃn quy hoҥch tҫn sӕ. Ĉ͛ án t͙t nghi͏p -43- 3.4.2. Các biӋn pháp giҧm pha ÿinh[4] Ĉһc tính pha-ÿinh là sӵ khác nhau quan trӑng nhҩt giӳa viӋc thiӃt kӃ hӋ thӕng thông tin vô tuyӃn và hӳu tuyӃn. Do pha-ÿinh lӵa chӑn tҫn sӕ là nәi bұt nhҩt trong các kênh băng rӝng- và do ÿӝ rӝng băng cӫa kênh băng rӝng là lӟn hѫn rҩt nhiӅu ÿӝ rӝng Eăng phù hӧp BC –nên chúng ta ÿӅ cұp ÿӃn các kênh vӟi sӵ phân tán thӡi gian hay lӵa chӑn tҫn sӕ trong pha-ÿinh băng rӝng và ÿӃn các kênh chӍ vӟi sӵ phân tán vӅ tҫn sӕ hay Oӵa chӑn thӡi gian trong pha-ÿinh băng hҽp. Bây giӡ, chúng ta xem xét và chӍ ra sӵ khác nhau giӳa pha-ÿinh băng rӝng và pha-ÿinh băng hҽp ÿӇ tӯÿó các biӋn pháp khҳc phөc. 3.4.2.1. Pha ÿinh băng hҽp(pha ÿinh phҷng)  Ҧnh hѭӣng cӫa pha ÿinh này là ÿáng kӇ khi khoҧng cách truyӅn tăng, lúc này Fѭӡng ÿӝ tín hiӋu thu sӁ bӏ giҧm ÿáng kӇ vì suy hao thay ÿәi ÿáng kӇ. Tính di chuyӇn Fӫa các thuê bao trên khoҧng cách lӟn(>>Ȝ) và sӵ thay ÿәi ÿһc ÿLӇm ÿӏa hình, sӁҧnh Kѭӣng ÿӃn suy hao và công suҩt thu thay ÿәi chұm. Có rҩt nhiӅu các kӻ thuұt khác nhau ÿѭӧc sӱ dөng ÿӇ khҳc phөc pha-ÿinh băng Kҽp, nhѭng cách phә biӃn nhҩt và thѭӡng ÿѭӧc dùng nhҩt là phân tұp.Trong thông tin vô tuyӃn tӕc ÿӝ cao, chӍ có sӵ phân tұp mӟi khҳc phөc ÿѭӧc hiӋn tѭӧng pha-ÿinh này . Các lo̩i phân t̵p th˱ͥng dùng là: Phân tұp thӡi gian Hình 3.10. Mô hình tái sӱ dөng Wҫn sӕ phân ÿRҥn Ĉ͛ án t͙t nghi͏p -44- Hai phѭѫng pháp quan trӑng cӫa phân tұp thӡi gian là mã hóa/ÿan xen và ÿLӅu chӃ thích nghi (AMC). Kӻ thuұt mã hóa và ÿan xen ÿѭa vào mӝt cách linh hoҥt ÿӇ tăng ÿӝ dѭ thӯa trong tín hiӋu ÿѭӧc truyӅn ÿi; ÿLӅu này làm cho tӕc ÿӝ cӫa tín hiӋu giҧm và vì vұy mà giҧm ÿѭѫc lӛi bit. Các máy phát cùng vӟi viӋc ÿLӅu chӃ thích nghi sӁ có thông tin vӅ kênh truyӅn. Và vì vұy, chúng sӁ chӑn kӻ thuұt ÿLӅu chӃ mà ÿҥt ÿѭӧc tӕc ÿӝ dӳ liӋu cao nhҩt có thӇ ÿѭӧc trong khi vүn giӳÿѭӧc BER ӣ mӭc yêu cҫu. Trong phѭѫng trình (3.3), vӟi M Wăng, BER cNJng tăng. Vì tӕc ÿӝ dӳ liӋu tӹ lӋ Yӟi log2M, chúng ta muӕn chӑn kích thѭӟc mүu tӵ lӟn nhҩt ÿӇ mà ÿҥt ÿѭӧc BER theo yêu cҫu. NӃu kênh có sӵ suy giҧm mҥnh thì sӁ không có ký hiӋu nào ÿѭӧc gӱi ÿi ÿӇ tránh tҥo lӛi. ĈLӅu chӃ thích nghi và mã hóa là mӝt phҫn tích hӧp trong chuҭn WiMAX. Và ÿѭӧc ÿӇ cұp kӻ hѫn trong phҫn sau. Phân tұp không gian Phân tұp theo không gian là mӝt dҥng phân tұp khác cNJng khá phә biӃn và có hiӋu quҧ, thѭӡng ÿѭӧc thӵc hiӋn bҵng cách sӱ dөng hai hay nhiӅu hѫn các ăng-ten tҥi Fҧ máy phát và máy thu hay chӍ có ӣ máy phát hoһc máy thu. Phân tұp này còn ÿѭӧc biӃt ÿӃn vӟi tên gӑi là hӋ thӕng MIMO. Dҥng ÿѫn giҧn nhҩt cӫa phân tұp theo không gian bao gӗm hai ăng-ten thu, ÿó là nѫi mà hai tín hiӋu mҥnh nhҩt ÿѭӧc chӑn. NӃu các ăng-ten ÿѭӧc ÿһt cách nhau mӝt cách phù hӧp, thì hai tín hiӋu nhұn ÿѭӧc sӁ chӏu ҧnh Kѭӣng mӝt cách xҩp xӍ hiӋn tѭӧng pha-ÿinh không tѭѫng quan vӟi nhau. Kӻ thuұt ÿѫn giҧn này ÿã loҥi bӓ hoàn toàn mӝt nӱa tín hiӋu nhұn ÿѭӧc nhѭng hҫu hӃt sӵ suy giҧm Pҥnh ÿã ÿѭӧc tránh và SNR trung bình cNJng ÿѭӧc tăng lên. Các dҥng phӭc tҥp hѫn cӫa phân tұp không gian bao gӗm các mҧng ăng-ten(hai hay nhiӅu hѫn hai ăng-ten) vӟi tӹ Vӕ kӃt nӕi lӟn nhҩt, phân tұp phát sӱ dөng mã hóa không gian- thӡi gian, và kӃt nӕi sӵ (3.3)( )1 5.1 2.0 - - £ Mb eP g Ĉ͛ án t͙t nghi͏p -45- phân tұp giӳa ÿҫu phát và ÿҫu thu. Các kӻ thuұt báo hiӋu không gian ÿѭӧc mong ÿӧi ÿӇ quyӃt ÿӏnh viӋc ÿҥt ÿѭӧc hiӋu suҩt phә cao trong WiMAX. KiӇu phân tұp này ÿѭӧc gӑi mӝt cách hӧp lý là phân tұp lӵa chӑn và ÿѭӧc minh Kӑa trong hình 3.11 nhѭ sau: Phân tұp theo tҫn sӕ Phѭѫng pháp này ÿѭӧc sӱ dөng ÿӇ khҳc phөc hiӋn tѭӧng pha ÿinh băng rӝng và VӁÿѭӧc ÿӅ cұp kӻ hѫn ӣ phҫn sau. 3.4.2.2. Pha-ÿinh băng rӝng(pha ÿinh lӵa chӑn tҫn sӕ) Nhѭÿã biӃt, pha-ÿinh lӵa chӑn tҫn sӕ gây ra sӵ phân tán trong miӅn thӡi gian, ÿLӅu này làm cho các ký hiӋu lân cұn giao thoa vӟi nhau trӯ khi T>>IJmax . Do tӕc ÿӝ dӳ liӋu tӹ lӋ vӟi 1/T , hӋ thӕng có tӕc ÿӝ dӳ liӋu cao hҫu nhѭ lúc nào cNJng có lan truyӅn trӉ ÿa ÿѭӡng ÿáng kӇ, khi T<<IJmax, và kӃt quҧ là bӏ nhiӉu liên ký hiӋu nghiêm trӑng. ViӋc Oӵa chӑn kӻ thuұt ÿӇ chӕng lҥi nhiӉu ISI mӝt cách có hiӋu quҧ là mӝt quyӃt ÿӏnh quan trӑng trong viӋc thiӃt kӃ bҩt kǤ hӋ thӕng tӕc ÿӝ cao. Rҩt nhanh chóng là OFDM là sӵ Oӵa chӑn phә biӃn nhҩt cho viӋc chӕng lҥi ISI. 3.4.2 3. Bӝ cân bҵng[1] Bӝ cân bҵng Equalizer ÿѭӧc dùng ÿӇ loҥi bӓ nhiӉu liên ký hiӋu (Intersymbol Interference_ISI) và các nhiӉu nhiӋt (noise) ÿѭӧc thêm vào. NhiӉu ISI sinh ra do sӵ trҧi Hình 3.11. Phân tұp lӵa chӑn hai nhánh ÿѫn loҥi ÿi hҫu hӃt sӵ suy giҧm Pҥnh Ĉ͛ án t͙t nghi͏p -46- trӉ cӫa các xung phát dѭӟi tác ÿӝng phân tán tӵ nhiên cӫa kênh truyӅn. ĈLӅu này dүn ÿӃn sӵ chӗng lҩn cӫa các xung kӃ cұn nhau gây ra nhiӉu liên ký tӵ. Chҷng hҥn nhѭ trong môi trѭӡng tán xҥÿa ÿѭӡng, mӝt ký hiӋu có thӇÿѭӧc truyӅn theo các ÿѭӡng khác nhau, ÿӃn máy thu ӣ các thӡi ÿLӇm khác nhau, do ÿó có thӇ giao thoa vӟi các ký tӵ khác. ĈӇ khҳc phөc nhiӉu ISI và cҧi thiӋn chҩt lѭӧng cӫa hӋ thӕng, có nhiӅu phѭѫng pháp khác nhau nhѭng phѭѫng pháp ÿѭӧc ÿӅ cұp nhiӅu nhҩt là sӱ dөng bӝ cân bҵng Equalizer ÿѭӧc sӱ dөng ÿӇ bù lҥi các ÿһc tính tán xҥ thӡi gian cӫa kênh truyӅn. 3.4.2.4. Mã hóa và ÿLӅu chӃ thích nghi[4] Mã hóa và ÿLӅu chӃ thích nghi là mӝt phѭѫng pháp ÿѭӧc sӱ dөng trong phân tұp theo thӡi gian . Trong hӋ thӕng WiMAX, viӋc sӱ dөng mã hóa và ÿLӅu chӃ thích nghi Yӟi mөc ÿích là thích nghi vӟi sӵ dao ÿӝng cӫa kênh truyӅn do ҧnh hѭӣng cӫa nhiӉu. 9ӟi ÿһc tính này sӁ cho phép hӋ thӕng có thӇ khҳc phөc ÿѭӧc nhӳng ҧnh hѭӣng cӫa pha ÿinh lӵa chӑn thӡi gian. Hình 3.12. Kênh truyӅn và bӝ cân bҵng Hình 3.13. Mӕi quan hӋ giӳa vùng phӫ sóng và phѭѫng pháp ÿLӅu chӃ ÿѭӧc sӱ dөng Ĉ͛ án t͙t nghi͏p -47- Ý tѭӣng cѫ bҧn này hoàn toàn ÿѫn giҧn và ÿѭӧc trình bày nhѭ sau: ViӋc truyӅn dӳ liӋu tӕc ÿӝ cao có thӇÿҥt ÿѭӧc khi kênh truyӅn tӕt, tӕc ÿӝ truyӅn VӁ thҩp hѫn nӃu kênh truyӅn không tӕt, vӟi mөc ÿích là tránh gây ra lӛi. Tӕc ÿӝ dӳ liӋu thҩp có thӇÿҥt ÿѭӧc bҵng cách sӱ dөng chòm ÿLӇm nhӓ, nhѭ là QPSK, và các mã có Wӕc ÿӝ sӱa lӛi thҩp, nhѭ là mã chұp và mã tourbo ½. Tӕc ÿӝ dӳ liӋu cao hѫn có thӇÿҥt ÿѭӧc vӟi chòm ÿLӇm lӟn, nhѭ là 64QAM, và mã hóa sӱa lӛi chӕng nhiӉu, ví dө, mã chұp hay mã turbo có tӕc ÿӝ ¾ hay mã LDPC. Sѫÿӗ khӕi thӇ hiӋn nguyên lý hoҥt ÿӝng cӫa hӋ thӕng mã hóa ÿLӅu chӃ thích nghi AMC ÿѭӧc cho bӣi hình 3.14 sau ÿây: ĈӇÿѫn giҧn, ÿҫu tiên chúng ta xem mӝt hӋ thӕng ngѭӡi dùng truyӅn nhanh tín hiӋu thông qua kênh vӟi SINR luôn thay ÿәi; ví dө, kênh truyӅn phө thuӝc vào pha-ÿinh. 0өc ÿích cӫa máy phát là truyӅn dӳ liӋu tӯ hàng bit nhanh ÿӃn mӭc có thӇ, và ÿѭӧc giҧi ÿLӅu chӃ và giҧi mã mӝt cách chính xác tҥi máy thu. Hӗi tiӃp (feedback) sӁ quyӃt ÿӏnh mã hóa và ÿLӅu chӃ nào ÿѭӧc sӱ dөng ÿӇ phù hӧp vӟi ÿLӅu kiӋn cӫa kênh truyӅn thông qua tham sӕ SINR. Máy phát cҫn biӃt giá trӏ SINR cӫa kênh ( g ), giá trӏ này ÿѭӧc xác ÿӏnh khi SINR nhұn ÿѭӧc rg chia cho công suҩt phát Pt, là mӝt hàm cӫa g . Do ÿó, SINR nhұn ÿѭӧc là gg ×= tr P Hình 3.15 minh hӑa viӋc sӱ dөng sáu cách mã hóa và ÿLӅu chӃ trong sӕ các ÿӏnh dҥng chung cӫa WiMAX. Nó có thӇÿҥt ÿѭӧc các mӭc hiӋu suҩt phә khác nhau tùy thuӝc vào phѭѫng pháp mã hõa và ÿLӅu chӃ sӱ dөng. ĈLӅu này cho phép dung lѭӧng tăng lên Hình 3.14. Sѫÿӗ khӕi mã hóa và ÿLӅu chӃ thích nghi (AMC) Ĉ͛ án t͙t nghi͏p -48- khi SINR tăng lên theo công thӭc Shannon ).1(log 2 SNRC += Trong trѭӡng hӧp này, Wӕc ÿӝ dӳ liӋu thҩp nhҩt là QPSK và mã turbo tӕc ÿӝ ½; tӕc ÿӝ dӳ liӋu cao nhҩt trong ÿӏnh dҥng cӫa WiMAX là 64QAM và mã turbo tӕc ÿӝ ¾. Thông lѭӧng ÿҥt ÿѭӧc, ÿѭӧc chuҭn hóa bӣi ÿӝ rӝng ÿã ÿѭӧc xác ÿӏnh Trong ÿó: BLER là tӹ lӋ block lӛi. r”1 là tӕc ÿӝ mã hóa. M sӕÿLӇm trong mӝt chòm ÿLӇm. Ví dͭ: 64QAM vӟi tӕc ÿӝ mã hóa là ¾ ÿҥt ÿѭӧc thông lѭӧng tӕi ÿa là 4.5bps/Hz, khi BLER ®0; QPSK vӟi tӕc ÿӝ mã hóa là ½ sӁ ÿҥt ÿѭӧc thông lѭӧng trong trѭӡng hӧp tӕt nhҩt là 1bps/Hz. 3.4.2.5. Mã hóa kênh(channel coding) Trong chuҭn IEEE 8.2.16e-2005, mã hóa kênh là mӝt khӕi chӭc năng cӫa lӟp Yұt lý trong WiMAX. NhiӋm vө cӫa lӟp này là làm cho tín hiӋu truyӅn ÿi trong môi trѭӡng kênh ít bӏ sai do ҧnh hѭӣng cӫa pha-ÿinh. Làm cho phía thu dӉ khôi phөc lҥi tín hiӋu.[10] Hình 3.15. Thông lѭӧng cӫa các phѭѫng pháp ÿLӅu chӃ và tӕc ÿӝ mã hóa khác nhau. HzbpsMrBLERT /)(log)1( 2-= (3.4) Ĉ͛ án t͙t nghi͏p -49- Mã hóa kênh bao gӗm ba bѭӟc sau ÿây: 1) Randomization: Ngүu nhiên hoá luӗng bit dӳ liӋu. ĈLӅu này sӁ tӕt hѫn cho viӋc sӱa Oӛi Forward Error Correction(FEC). Bӝ Scrambler ÿѭӧc thӵc hiӋn bӣi các thanh ghi Gӏch hӗi tiӃp tuyӃn tính 2) FEC: Trong khӕi FEC gӗm có ba khӕi nhӓ là Reed-Solomon Coder, Covolutional Coder, và khӕi Puncturing. Trong 3 khӕi này thì khӕi Reed-Solomon là phӭc tҥp nhҩt. Khӕi này làm nhiӋm vө mã hoá dӳ liӋu và thêm các khoҧng trӕng vào luӗng bit ÿӇ tҥo ÿLӅu kiӋn cho máy thu dò tìm và sӱa lӛi. Trong khӕi này dӳ liӋu ÿѭӧc mã hoá convolutional, tuy nhiên trѭӟc khi dӳ liӋu ÿѭa vào khӕi convolutional encoder thì nó phҧi ÿѭӧc mã hoá Reed-Solomon. Cuӕi cùng luӗng dӳ liӋu sӁ ÿѭӧc ÿѭa qua khӕi Puncturing ÿӇ giҧm sӕ bit truyӅn. 3) Interleaving: sҳp xӃp lҥi các khӕi cӫa bit dӳ liӋu bҵng cách ÿѭa các bit mã hoá kӅ nhau vào các sóng mang không liên tiӃp ÿӇ bҧo vӋ chӕng lҥi lӛi burst. Kích cӥ khӕi Eҵng sӕ bit ÿѭӧc mã hóa trong symbol OFDM ÿѫn giҧn. Kích cӥ cӫa symbol ÿѭӧc xác ÿӏnh bӣi sӕ sóng mang dӳ liӋu và cách ÿLӅu chӃ. Hình 3.16. Vai trò cӫa mã hóa kênh trong viӋc giҧm BER và khҳc phөc lӛi gây ra cho tín hiӋu truyӅn do pha-ÿinh S/N BER Frequency-selective channel Flat fading channel AWGN channel (LOS) Channel Coding Ĉ͛ án t͙t nghi͏p -50- 3.5. KӃt luұn chѭѫng Chѭѫng này ÿã khái quát ÿѭӧc nhӳng ҧnh hѭӣng và biӋn pháp khҳc phөc nhiӉu Fӫa hӋ thӕng WiMAX. Và dӵa vào ÿó ÿӇ xây dӵng mô hình toán hӑc ÿѭӧc nói kӻ trong chѭѫng tiӃp theo. Data to transmit Randomizer FEC Bit Interleaver Modulation Data to transmit Hình 3.17. Sѫÿӗ khӕi chӭc năng cӫa mã hóa kênh Ĉ͛ án t͙t nghi͏p -51- Chѭѫng 4 ҦNH HѬӢNG CӪA KÊNH VÔ TUYӂN ĈӂN TRUYӄN DҮN TÍN HIӊU 4.1. Giӟi thiӋu chѭѫng Khi nghiên cӭu hӋ thӕng thông tin, viӋc tҥo ra các mô hình kênh ÿóng mӝt vai trò quan trӑng trong viӋc ÿánh giá chҩt lѭӧng hoҥt ÿӝng cӫa hӋ thӕng. Mô hình kênh trình bày quan hӋ vào ra cӫa kênh ӣ dҥng toán hӑc hoһc thuұt toán. Khi nghiên cӭu các thuұt toán, giҧi thuұt ÿӇ hҥn chӃ nhӳng ҧnh hѭӣng cӫa kênh truyӅn, ÿLӅu cҫn thiӃt là phҧi xây dӵng các mô hình có thӇ xҩp xӍ môi trѭӡng truyӅn dүn mӝt cách hӧp lý. Chѭѫng này giӟi thiӋu nhӳng ÿһc tính, ҧnh hѭӣng cӫa kênh truyӅn ÿӗng thӡi ÿѭa ra mô hình toán hӑc cӫa kênh vô tuyӃn di ÿӝng. 4.2. Kênh fading ÿa ÿѭӡng (multipath fading channel)[4] Trong hӋ thӕng thông tin vô tuyӃn, do các hiӋn tѭӧng nhѭ phҧn xҥ, tán xҥ, khúc [ҥ, nhiӉu xҥ… tín hiӋu truyӅn tӯ bӝ phát tӟi bӝ thu sӁ bӏ tách thành nhiӅu thành phҫn (giӕng vӟi tín hiӋu gӕc) và mӛi thành phҫn sӁ có nhӳng ÿѭӡng ÿi khác nhau. HiӋn Wѭӧng này ÿѭӧc gӑi là truyӅn dүn ÿa ÿѭӡng (multipath propagation). ĈӇ có thӇ hiӇu rõ hѫn bҧn chҩt cӫa kênh fading ÿa ÿѭӡng, chúng ta sӁ tìm hiӇu các khái niӋm, hiӋn tѭӧng xҧy ra khi truyӅn tín hiӋu qua kênh vô tuyӃn di ÿӝng nhѭ các thông sӕ cӫa kênh fading ÿa ÿѭӡng, hiӋu ӭng doppler, mô hình ÿáp ӭng xung, phân bӕ Rayleigh và Ricean… 4.2.1. Thông sӕ tán xҥ thӡi gian (Time dispersion parameter) ĈӇ phân biӋt, so sánh tính chҩt cӫa các kênh truyӅn dүn ÿa ÿѭӡng, ngѭӡi ta sӱ Gөng các thông sӕ tán xҥ thӡi gian nhѭ mean excess delay (ÿӝ trӉ trung bình vѭӧt Pӭc), rms delay spread (trӉ hiӋu dөng) và excess delay spread (trӉ vѭӧt mӭc). Các thông sӕ này có thӇÿѭӧc tính tӯÿһc tính công suҩt truyӅn tӟi bӝ thu cӫa các thành phҫn ÿa ÿѭӡng (power delay profile). Excess delay, t , là khoҧng thӡi gian chênh lӋch giӳa tia sóng ÿang xét vӟi thành phҫn ÿӃn bӝ thu ÿҫu tiên. Tính chҩt tán xҥ thӡi Ĉ͛ án t͙t nghi͏p -52- gian (time dispersive) cӫa kênh truyӅn dүn ÿa ÿѭӡng dҧi rӝng ÿѭӧc thӇ hiӋn qua thông Vӕ mean excess delay, t , và rms delay spread, ts . t ÿѭӧc ÿӏnh nghƭa là moment cҩp Pӝt cӫa power delay profile [4]: (4.1) ak, )( kP t : biên ÿӝ, công suҩt thành phҫn thӭ k cӫa tín hiӋu ÿa ÿѭӡng. Rms delay spread ( ts ) là căn bұc hai moment trung tâm cҩp hai cӫa power delay profile: (4.2) Yӟi (4.3) 4.2.2. Dҧi thông kӃt hӧp (coherence bandwidth) Trong khi delay spread là mӝt hiӋn tѭӧng tӵ nhiên do sӵ phҧn xҥ và tán xҥ khi truyӅn tín hiӋu qua kênh vô tuyӃn, dҧi thông kӃt hӧp, Bc, ÿѭӧc ÿӏnh nghƭa tӯ rms delay spread. Dҧi thông kӃt hӧp là khoҧng tҫn sӕ mà kênh truyӅn có thӇÿѭӧc coi là “phҷng” (nghƭa là kênh truyӅn cho qua tҩt cҧ các thành phҫn có phә nҵm trong khoҧng tҫn sӕÿó Yӟi ÿӝ lӧi gҫn nhѭ nhau và pha gҫn nhѭ tuyӃn tính). Hai sóng sin có tҫn sӕ chênh lӋch nhau lӟn hѫn Bc sӁ bӏ ҧnh hѭӣng hoàn toàn khác nhau bӣi kênh. Dҧi thông kӃt hӧp ÿѭӧc ÿӏnh nghƭa nhѭ là khoҧng tҫn sӕ mà hàm tѭѫng quan giӳa các tín hiӋu có tҫn sӕ trong khoҧng này lӟn hѫn 0.9, khi ÿó[4]: 1Ӄu chӍ cҫn hàm tѭѫng quan lӟn hѫn 0.5 thì: å å å å == k k k kk k k k kk P P a a )( )( 2 2 t ttt t ( )22 tts t -= å å å å == k k k kk k k k kk P P a a )( )( 2 2 22 2 t ttt t ts50 1»cB (4.4) Ĉ͛ án t͙t nghi͏p -53- (4.5) 4.2.3. Phә doppler (doppler spectrum) Trong phҫn này, chúng ta sӁ tұp trung tìm hiӇu ҧnh hѭӣng cӫa doppler shift và viӋc truyӅn 1 sóng mang chѭa ÿLӅu chӃ tҫn sӕ fc Wӯ BS. Mӝt MS di chuyӇn theo hѭӟng Wҥo thành mӝt góc ia vӟi tín hiӋu nhұn ÿѭӧc tӯ thành phҫn thӭ i nhѭ hình 4.1. MS di chuyӇn vӟi vұn tӕc v, sau khoҧng thӡi gian tD ÿi ÿѭӧc d=v. tD . Khi ÿó ÿRҥn ÿѭӡng tӯ BS ÿӃn MS cӫa thành phҫn thӭ i cӫa tín hiӋu sӁ bӏ thay ÿәi 1 lѭӧng là lD . Theo hình vӁ ta có: (4.6) Khi ÿó, pha cӫa tín hiӋu sӁ bӏ thay ÿәi mӝt lѭӧng: (4.7) l : Bѭӟc sóng cӫa tín hiӋu. 'ҩu “-“ cho thҩy ÿӝ trӉ pha cӫa sóng sӁ giҧm khi MS di chuyӇn vӅ phía BS. 7ҫn sӕ doppler ÿѭӧc ÿӏnh nghƭa nhѭ là sӵ thay ÿәi pha do sӵ di chuyӇn cӫa MS trong suӕt khoҧng thӡi gian tD [7]: lD YX d v BS MS iaia Hình 4.1. HiӋu ӭng Doppler ts5 1»cB idl acos=D l ap itv cos2 D-=DF Ĉ͛ án t͙t nghi͏p -54- (4.8) Thay phѭѫng trình (4.7) vào phѭѫng trình (4.8) ta ÿѭӧc: (4.9) 9ӟi fm=v/ l =vfc/c là ÿӝ dӏch tҫn doppler cӵc ÿҥi (tӯ tҫn sӕ sóng mang ÿѭӧc phát ÿi) do sӵ di chuyӇn cӫa MS. Chú ý rҵng, tҫn sӕ doppler có thӇ dѭѫng hoһc âm phө thuӝc vào góc ia . Tҫn sӕ doppler cӵc ÿҥi và cӵc tiӇu là ± fmӭng vӟi góc ia =0 0 và 1800 khi tia sóng truyӅn trùng Yӟi hѭӟng MS di chuyӇn: ia =0 0 ӭng vӟi trѭӡng hӧp tia sóng ÿi tӟi tӯ phía trѭӟc MS. ia =180 0ӭng vӟi trѭӡng hӧp tia sóng ÿi tӟi tӯ phía sau MS. Trong mӝt môi trѭӡng truyӅn dүn thӵc, tín hiӋu ÿӃn bӝ thu bҵng nhiӅu ÿѭӡng Yӟi khoҧng cách và góc tӟi khác nhau. Vì vұy, khi mӝt sóng sin ÿѭӧc truyӅn ÿi, thay vì chӍ bӏ dӏch mӝt khoҧng tҫn sӕ duy nhҩt (doppel shift icD c vff acos= ) tҥi ÿҫu thu, phә Fӫa tín hiӋu sӁ trҧi rӝng tӯ fc(1-v/c) ÿӃn fc(1+v/c) và ÿѭӧc gӑi là phә doppler. Khi ta giҧ thiӃt xác suҩt xҧy ra tҩt cҧ các hѭӟng di chuyӇn cӫa mobile hay nói các khác là tҩt cҧ các góc tӟi là nhѭ nhau (phân bӕÿӅu), mұt ÿӝ phә công suҩt cӫa tín hiӋu tҥi bӝ thu ÿѭӧc cho bӣi [1,7]: (4.10) Trong ÿó K là hҵng sӕ Chú ý rҵng, khi f=fc => S(f=fc)= mf K p2 f= cm ff +± => S(f= cm ff +± )= ¥ t fD D DF -= p2 1 imiD f vf aa l coscos == 2 1 1 2 )( ÷÷ ø ö çç è æ - - = m c m f fff KfS p Ĉ͛ án t͙t nghi͏p -55- Hình dҥng cӫa S(f)ÿѭӧc mô tҧ nhѭ hình 4.2. 4.2.4. Trҧi doppler và thӡi gian kӃt hӧp (Doppler spread and coherence time) Delay spread và coherence bandwidth là các thông sӕ mô tҧ bҧn chҩt tán xҥ thӡi gian cӫa kênh truyӅn. Doppler spread và coherence time là nhӳng thông sӕ mô tҧ bҧn chҩt thay ÿәi theo thӡi gian cӫa kênh truyӅn. Doppler spread BD là thông sӕÿo sӵ mӣ rӝng phә gây ra bӣi sӵ thay ÿәi theo thӡi gian cӫa kênh vô tuyӃn di ÿӝng và ÿѭӧc ÿӏnh nghƭa là khoҧng tҫn sӕ mà phә tҫn doppler nhұn ÿѭӧc là khác không. Khi mӝt sóng sin tҫn sӕ fcÿѭӧc truyӅn ÿi, phә tín hiӋu nhұn ÿѭӧc, phә doppler, sӁ có các thành phҫn nҵm trong khoҧng tҫn sӕ fc-fdÿӃn fc+fd vӟi fd là ÿӝ dӏch tҫn do hiӋu ӭng doppler. Lѭӧng phәÿѭӧc mӣ rӝng phө thuӝc vào fd là mӝt hàm cӫa vұn tӕc tѭѫng ÿӕi cӫa MS và góc ia giӳa hѭӟng di chuyӇn cӫa MS và hѭӟng cӫa sóng tín hiӋu tӟi MS. NӃu ÿӝ rӝng phә cӫa tín hiӋu lӟn hѫn nhiӅu so vӟi BD, ҧnh hѭӣng cӫa doppler spread là không ÿáng kӇ tҥi bӝ thu và ÿây là kênh fading biӃn ÿәi chұm (slow fading channel). fc+fmfc-fm fc Hình 4.2. Phә công suҩt cӫa tín hiӋu tҥi bӝ thu (hiӋu ӭng doppler) Ĉ͛ án t͙t nghi͏p -56- Coherence time Tc chính là ÿӕi ngүu trong miӅn thӡi gian (time domain dual) Fӫa doppler spread, dùng ÿӇ mô tҧ sӵ tán xҥ tҫn sӕ và bҧn chҩt thay ÿәi theo thӡi gian Fӫa kênh truyӅn. Doppler spread và coherence time tӍ lӋ nghӏch vӟi nhau: Tc » 1/fm (4.11) Coherence time là khoҧng thӡi gian mà ÿáp ӭng xung cӫa kênh truyӅn không thay ÿәi. Nói cách khác, coherence time là khoҧng thӡi gian mà 2 tín hiӋu có sӵ tѭѫng quan vӟi nhau vӅ biên ÿӝ. NӃu nghӏch ÿҧo cӫa ÿӝ rӝng phә cӫa tín hiӋu lӟn hѫn nhiӅu so vӟi coherence time cӫa kênh truyӅn thì khi ÿó kênh truyӅn sӁ thay ÿәi trong suӕt thӡi gian truyӅn tín hiӋu và do ÿó gây méo ӣ bӝ thu. Coherence time ÿѭӧc ÿӏnh nghƭa là khoҧng thӡi gian mà hàm tѭѫng quan lӟn hѫn 0.5, khi ÿó [4]: 9ӟi fm là tҫn sӕ doppler cӵc ÿҥi: fm=v/ l Trên thӵc tӃ, nӃu ta tính Tc theo phѭѫng trình (4.11) thì trong khoҧng Tc tín hiӋu truyӅn sӁ bӏ dao ÿӝng nhiӅu nӃu có phân bӕ Rayleigh, trong khi ÿó phѭѫng trình (4.12) Oҥi quá hҥn chӃ. Vì thӃ, ngѭӡi ta thѭӡng ÿӏnh nghƭa Tc là trung bình nhân cӫa hai phѭѫng trình trên: (4.13) Ĉӏnh nghƭa cӫa thӡi gian kӃt hӧp ngө ý rҵng 2 tín hiӋu ÿӃn bӝ thu khác nhau Pӝt khoҧng thӡi gian Tc sӁ bӏҧnh hѭӣng khác nhau bӣi kênh truyӅn. %ҧng 4.1. Tóm tҳt các thông sӕ cӫa pha ÿinh băng rӝng [4] mm c ff T 423.0 16 9 2 == p m c f T p16 9 » (4.12) Ĉ͛ án t͙t nghi͏p -57- Ĉҥi lѭӧng NӃu “lӟn” NӃu “nhӓ” Chú thích TrӉ trҧi phә IJ 1Ӄu IJ >> T: pha ÿinh Oӵa chӑn Wҫn sӕ 1Ӄu IJ << : pha ÿinh phҷng IJ càng lӟn có ҧnh hѭӣng ÿӃn thӡi gian ký hiӋu và gây ra hiӋn tѭӧng ISI 'ҧi thông NӃt hӧp BC 1Ӄu 1/BC << T: pha ÿinh phҷng 1Ӄu 1/BC >> T: pha ÿinh lӵa chӑn tҫn sӕ Cung cҩp mӝt nguyên tҳc là tìm ÿѭӧc ÿӝ Uӝng băng thông cӫa các sóng mang con là BSC§ BC/10, do ÿó sӕ lѭӧng cҫn thiӃt cӫa sóng mang con trong hӋ thӕng OFDM là L > 10xB/BC Trҧi phә Doppler c vff cd × = 1Ӄu fc.v>> c; pha ÿinh nhanh 1Ӄu fc.v” c; pha ÿinh chұm Khi tӹ sӕ fD/ BSC là không thӇ bӓ qua thì sӵ trӵc giao cӫa các sóng mang con sӁ mҩt ÿi Thӡi gian NӃt hӧp TC 1Ӄu TC>>T; pha ÿinh chұm 1Ӄu TC” T; pha ÿinh nhanh 4.3. Mô hình ÿáp ӭng xung cӫa kênh fading[7] Ta giҧ sӱ rҵng có N tia ÿӃn máy thu, tín hiӋu ÿҫu ra cӫa kênh nhѭ sau: ( ) ( ) ( )( )å = -×= N n nn ttxtaty 1 t (4.14) Hình 4.3. Các tín hiӋu multipath ÿӃn ӣ nhӳng thӡi ÿLӇm khác nhau Ĉ͛ án t͙t nghi͏p -58- Trong ÿó, an(t) và IJn(t) là suy hao và trӉ truyӅn dүn cӫa thành phҫn ÿa ÿѭӡng thӭ n. Lѭu ý rҵng suy hao và trӉ truyӅn là mӝt hàm thay ÿәi theo thӡi gian, ÿLӅu này nói lên Uҵng, khi ô tô di chuyӇn thì hai ÿҥi lѭӧng này cNJng thay ÿәi theo. Ta xác ÿӏnh ÿѭӡng bao phӭc cӫa tín hiӋu thu Giҧ sӱÿҫu vào kênh truyӅn song là tín hiӋu ÿLӅu chӃ có dҥng: ( ) ( ) ( )( )tftAtx C fp +×= 2cos (4.15) Vì thӵc hiӋn mô phӓng dҥng sóng bҵng cách sӱ dөng các tín hiӋu ÿѭӡng bao phӭc, nên ta phҧi xác ÿӏnh ÿѭӡng bao phӭc cho cҧ x(t) và y(t), tӯÿó tìm ra h(t,IJ). Ĉѭӡng bao phӭc cӫa tín hiӋu phát ( )tx~ : bҵng cách kiӇm tra (4.15) ta có ( ) ( ) ( )tetAtx f×=~ (4.16) Ĉѭӡn bao cӫa tín hiӋu ( )ty~ ÿѭӧc xác ÿӏnh nhѭ sau, thay (4.15) vào (4.14) ( ) ( ) ( )( ) ( )( ) ( )( )[ ]å = -+-×-×= N n nnCnn ttttfttAtaty 1 2cos tftpt (4.17) Có thӇ viӃt lҥi là: ( ) ( ) ( )( ) ( )( ) ( ){ }å = -- ×××-×= N n tfjtfjttj nn CnCn eeettAtaty 1 22Re ptptft (4.18) Vì an(t) và A(t) ÿӅu là giá trӏ thӵc nên (4.18) còn ÿѭӧc viӃt lҥi nhѭ sau (4.19) 7ӯ (4.16), ta có: ( )( ) ( )( ) ( )( )ttxettA nttjn n tt tf -=×- - ~ (4.20) Vì thӃ: ( ) ( ) ( ) ( )( ) þ ý ü î í ì ×-××= å = - N n tfj n tfj n CnC ettxetaty 1 22 ~Re ptp t (4.21) Suy hao ÿѭӡng truyӅn phӭc ÿѭӧc ÿӏnh nghƭa là: ( ) ( ) ( )( ) ( )( ) ( ) þ ý ü î í ì ×××-×= å = -- N n tfjtfjttj nn CnCn eeettAtaty 1 22Re ptptft Ĉ͛ án t͙t nghi͏p -59- ( ) ( ) ( )tfjnn nCetata tp2~ -×= (4.22) Vì vұy: ( ) ( ) ( )( ) þ ý ü î í ì ×-×= å = N n tfj n Cettxtaty 1 2~~Re pt (4.23) Vì vұy, ÿѭӡng bao phӭc cӫa tín hiӋu thu y(t) là: ( ) ( ) ( )( )å = -×= N n nn ttxtaty 1 ~~~ t (4.24) 7ӯÿây, ta có thӇ rút ra ÿáp ӭng xung kim cӫa kênh ( )th ,~ t là quan hӋ vào ra cӫa kênh ÿѭӧc ÿӏnh nghƭa bӣi (4.24) tѭѫng ӭng vӟi mӝt hӋ thӕng tuyӃn tính thay ÿәi theo thӡi gian LTV có ÿáp ӭng xung kim là: ( ) ( ) ( )( )å = -×= N n n tttath 1 ~, ~ tdt (4.25) 4.4. Phân bӕ Rayleigh và phân bӕ Ricean 4.4.1. Phân bӕ Rayleigh Trong nhӳng kênh vô tuyӃn di ÿӝng, phân bӕ Rayleigh thѭӡng ÿѭӧc dùng ÿӇ mô tҧ bҧn chҩt thay ÿәi theo thӡi gian cӫa ÿѭӡng bao tín hiӋu fading phҷng thu ÿѭӧc )( 3tt ),( tthb t3 t0 t1 t2 0t 2t 3t 4t 2-Nt 1-Nt )( 0tt )( 1tt )( 2tt 1t Hình 4.4. Minh hӑa ÿáp ӭng xung kim cӫa kênh và lý lӏch trӉÿa ÿѭӡng t Ĉ͛ án t͙t nghi͏p -60- hoһc ÿѭӡng bao cӫa mӝt thành phҫn ÿa ÿѭӡng riêng lҿ. Chúng ta biӃt rҵng ÿѭӡng bao Fӫa tәng hai tín hiӋu nhiӉu Gauss trӵc giao tuân theo phân bӕ Rayleigh. Phân bӕ Rayleigh có hàm mұt ÿӝ xác suҩt [7]: (4.26) 9ӟi s là giá trӏ rms (hiӋu dөng) cӫa ÿLӋn thӃ tín hiӋu nhұn ÿѭӧc trѭӟc bӝ tách ÿѭӡng bao (evelope detection). s 2 là công suҩt trung bình theo thӡi gian. Xác suҩt ÿӇÿѭӡng bao cӫa tín hiӋu nhұn ÿѭӧc không vѭӧt qua mӝt giá tri R cho trѭӟc ÿѭӧc cho bӣi hàm phân bӕ tích lNJy (CDF): (4.27) Giá trӏ trung bình rmean cӫa phân bӕ Rayleigh ÿѭӧc cho bӣi: (4.28) Và phѭѫng sai 2rs (công suҩt thành phҫn ac cӫa ÿѭӡng bao tín hiӋu): (4.29) Giá trӏ hiӋu dөng cӫa ÿѭӡng bao là s2 (căn bұc hai cӫa giá trӏ trung bình bình phѭѫng). Giá trӏ median cӫa r tìm ÿѭӧc khi giҧi phѭѫng Vì vұy giá trӏ mean và median chӍ khác nhau môt lѭӧng là 0.55dB trong trѭӡng Kӧp tín hiӋu Rayleigh fading. Hình 4.5 minh hӑa hàm mұt ÿӝ xác suҩt Rayleigh. ïî ï í ì < ¥££÷÷ ø ö çç è æ -= )0(0 )0( 2 exp)( 2 2 2 r rrrrp ss ÷÷ ø ö çç è æ --==£= ò 2 2 0 2 exp1)()()( s RdrrpRrPRP R r s p s 2533.1 2 )(][ 0 ==== ò ¥ drrrprErmean [ ] 222 0 2222 4292.0 2 2 2 )(][ spspss =÷ ø ö ç è æ -=-=-= ò ¥ drrprrErEr ò =Þ= medianr medianrdrrp 0 177.1)( 2 1 s (4.30) Ĉ͛ án t͙t nghi͏p -61- 4.4.2. Phân bӕ Ricean Khi có thành phҫn truyӅn thҷng ÿӃn máy thu thì lúc này phân bӕ sӁ là Ricean. Trong trѭӡng hӧp này, các thành phҫn ÿa ÿѭӡng ngүu nhiên ÿӃn bӝ thu vӟi nhӳng góc khác nhau ÿѭӧc xӃp chӗng lên tín hiӋu light-of-sight. Tҥi ngõ ra cӫa bӝ tách ÿѭӡng bao, ÿLӅu này có ҧnh hѭӣng nhѭ là cӝng thêm thành phҫn dc vào các thành phҫn ÿa ÿѭӡng ngүu nhiên. Giӕng nhѭ trong trѭӡng hӧp dò sóng sin trong khi bӏ nhiӉu nhiӋt, ҧnh hѭӣng cӫa tín hiӋu light-of-sight (có công suҩt vѭӧt trӝi) ÿӃn bӝ thu cùng vӟi các tín hiӋu ÿa ÿѭӡng (có công suҩt yӃu hѫn) sӁ làm cho phân bӕ Ricean rõ rӋt hѫn. Khi thành phҫn light-of-sight bӏ suy yӃu, tín hiӋu tәng hӧp trông giӕng nhѭ nhiӉu có ÿѭӡng bao theo phân bӕ Rayleigh. Vì vұy, phân bӕ bӏ trӣ thành phân bӕ Rayleigh trong trѭӡng hӧp thành phҫn light-of-sight mҩt ÿi. Hàm mұt ÿӝ phân bӕ xác suҩt cӫa phân bӕ Ricean [7]: (4.31) 0 ƭ ƭ ƭ ƭƭ p(r) ĈLӋn thӃÿѭӡng bao tín hiӋu tҥi ÿҫu thu r (volts) Hình 4.5: Hàm mұt ÿӝ xác suҩt cӫa phân bӕ Rayleigh s/6065.0 ïî ï í ì < ³³÷ ø ö ç è æ = + - 00 )0,0()( 20 2 )( 2 2 22 r rAArIerrp Ar ss s Ĉ͛ án t͙t nghi͏p -62- A: biên ÿӝÿӍnh cӫa thành phҫn light-of-sight. Io: là hàm Bessel sӱa ÿәi loҥi 1 bұc 0. Phân bӕ Ricean thѭӡng ÿѭӧc mô tҧ bӣi thông sӕ kÿѭӧc ÿӏnh nghƭa nhѭ là tӍ sӕ giӳa công suҩt tín hiӋu xác ÿӏnh (thành phҫn light-of-sight) và công suҩt các thành phҫn ÿa ÿѭӡng: (4.32) Hay viӃt dѭӟi dҥng dB: (4.33) k xác ÿӏnh phân bӕ Ricean và ÿѭӧc gӑi là hӋ sӕ Ricean. Khi A ® 0, k ® 0 ( ¥- dB) thành phҫn light-of-sight bӏ suy giҧm vӅ biên ÿӝ, phân bӕ Ricean trӣ thành phân bӕ Rayleigh. Hình 4.6 mô tҧ hàm mұt ÿӝ xác suҩt cӫa phân bӕ Ricean. p(r) k = ¥- dB k = 6 dB ĈLӋn thӃÿѭӡng bao tín hiӋu tҥi ÿҫu thu r (volts) Hình 4.6: Hàm mұt ÿӝ xác suҩt cӫa phân bӕ Ricean: k = ¥- dB (Rayleigh) và k = 6 dB. Vӟi k >>1, giá trӏ trung bình cӫa phân bӕ Ricean xҩp xӍ vӟi phân bӕ Gauss 2 2 2s Ak = dBAdBk 2 2 2 log10)( s = Ĉ͛ án t͙t nghi͏p -63- 4.5. KӃt luұn chѭѫng Nhӳng mô tҧ toán hӑc cӫa chѭѫng này sӁ là cѫ sӣÿӇ em có thӇ thӵc hiӋn mô phӓng sӁÿѭӧc ÿӅ cұp ӣ chѭѫng tiӃp theo. Ĉ͛ án t͙t nghi͏p -64- Chѭѫng 5 .ӂT QUҦ MÔ PHӒNG VÀ HѬӞNG PHÁT TRIӆN Ĉӄ TÀI 5.1.Giӟi thiӋu chѭѫng Chѭѫng này thӇ hiӋn kӃt quҧ cӫa hai chѭѫng trình mô phӓng: · Mô phӓng thӭ nhҩt nhҵm làm rõ ҧnh hѭӣng cӫa nhiӉu thông qua các tác ÿӝng Fӫa hiӋn tѭӧng Doppler, kênh pha ÿinh Rayleigh và Ricean ҧnh hѭӣng ÿӃn biên ÿӝ tҥi máy thu, và giá trӏ BER. · Mô phӓng thӭ hai nhҵm làm rõ nguyên tҳc sӱ dөng các phѭѫng pháp ÿLӅu chӃ Vӕ trong tӯng ÿLӅu kiӋn kênh truyӅn và so sánh giá trӏ BER và tӕc ÿӝ dӳ liӋu cӫa Pӛi phѭѫng pháp ÿLӅu chӃ sӕ và tӕc ÿӝ mã hóa sӱ dөng (AMC) trong WiMAX. 5.2.Chѭѫng trình mô phӓng ҧnh hѭӣng cӫa hiӋn tѭӧng pha ÿinh Hình 5.1. Giao diӋn cӫa chѭѫng trình mô phӓng ҧnh hѭӣng cӫa pha ÿinh Ĉ͛ án t͙t nghi͏p -65- 5.2.1. Chѭѫng trình mô phӓng ҧnh hѭӣng cӫa hiӋn tѭӧng Doppler · Bài toán Khi máy thu thay ÿәi vұn tӕc di chuyӇn thì thì làm ҧnh hѭӣng ÿӃn chҩt lѭӧng cӫa tín hiӋu thông qua cѭӡng ÿӝ tín hiӋu tҥi máy thu. · .Ӄt quҧ chѭѫng trình · Nh̵n xét Nhìn vào hình 5.2 và 5.3, ta thҩy cѭӡng ÿӝ tín hiӋu tҥi máy thu thay ÿәi khi vұn Wӕc cӫa máy thu thay ÿәi. 5.2.2. Chѭѫng trình mô phӓng ҧnh hѭӣng cӫa kênh Rayleigh ÿӃn biên ÿӝ tín hiӋu thu · Bài toán Cho tín hiӋu hình sin chѭa ÿLӅu chӃ (ӣ băng tҫn gӕc). Cho tín hiӋu này ÿi qua hai ÿѭӡng truyӅn khác nhau, ÿѭӡng truyӅn thӭ nhҩt ÿi qua kênh truyӅn có ÿӝ lӧi kênh truyӅn là cӕÿӏnh và ÿѭӡng truyӅn thӭ hai có ÿӝ trӉ và biên ÿӝ thay ÿәi mӝt cách ngүu nhiên theo thӡi gian. Tҥi ÿҫu ra cӫa kênh, tӭc là ÿҫu vào cӫa máy thu, ta VӁ quan sát tín hiӋu thu thay ÿәi sau 10 lҫn ÿo biên ÿӝ tҥi ÿҫu vào máy thu. 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 10 -2 10 -1 10 0 Received field R ec ei ve d fie ld in te ns ity time 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 10 -3 10 -2 10 -1 10 0 Received field R ec ei ve d fie ld in te ns ity time Hình 5.2. Cѭӡng ÿӝ tín hiӋu tҥi máy thu khi v=1000(km/h) Hình 5.3. Cѭӡng ÿӝ tín hiӋu tҥi máy thu khi v=45(km/h) Ĉ͛ án t͙t nghi͏p -66- · 0өc ÿích mô phӓng Khҧo sát sӵ ҧnh hѭӣng cӫa hiӋn tѭӧng ÿa ÿѭӡng (multipath 2 tia) ÿӃn chҩt Oѭӧng cӫa tín hiӋu tҥi ÿҫu vào máy thu. · Mô hình mô phӓng · .Ӄt quҧ chѭѫng trình 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 -2 -1.5 -1 -0.5 0 0.5 1 1.5 2 time am pl itu de Rayleigh fading channel with two path sine wave input Hình 5.5. Sӵ thay ÿәi biên ÿӝ tҥi ÿҫu ra cӫa kênh multipath hai tia sau 10 lҫn ÿo có G1(fixed gain)=1. s(t) Fixed gain delay Variable gain r(t) h(t) Hình 5.4. Mô hình kênh truyӅn Rayleigh Ĉ͛ án t͙t nghi͏p -67- · Nh̵n xét Do ҧnh hѭӣng cӫa hiӋn tѭӧng ÿa ÿѭӡng (multipath) làm cho biên ÿӝ tҥi máy thu không әn ÿӏnh sau nhiӅu lҫn ÿo. Do ÿӝ trӉ và sӵ suy hao cӫa kênh thӭ hai thay ÿәi nhүu nhiên theo thӡi gian nên trong mѭӡi lҫn ÿo thì có mѭӡi giá trӏ khác nhau. ĈLӅu này ÿã chӭng minh ÿѭӧc rҵng, trong truyӅn thông vô tuyӃn trong môi trѭӡng tҫm nhìn thҷng (LOS) ít gây suy hao và có chҩt lѭӧng hѫn trong môi trѭӡng có Wҫm nhìn che khuҩt (NLOS). 5.2.3. Chѭѫng trình mô phӓng ҧnh hѭӣng cӫa công suҩt truyӅn ÿӃn chҩt lѭӧng Fӫa hӋ thӕng thông qua giá trӏ BER · Bài toán Mô phӓng hiӋu năng BER cӫa hӋ thӕng QPSK hoҥt ÿӝng trong môi trѭӡng kênh ÿa ÿѭӡng 3 tia cӕÿӏnh vӟi AWGN và so sánh hiӋu năng BER vӟi chính hӋ thӕng ÿó nhѭng hoҥt ÿӝng trên kênh lý tѭӣng(không có ÿa ÿѭӡng) %ҧng 5.1. Tham sӕ cӫa các kênh 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 -25 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 25 time am pl itu de Rayleigh fading channel with two path sine wave input Hình 5.6. Sӵ thay dәi biên ÿӝ tҥi ÿҫu ra cӫa kênh multipath hai tia sau 10 lҫn ÿo có G1(fixed gain)=20 Ĉ͛ án t͙t nghi͏p -68- Các kênh P0 P1 P2 IJ(mүu) Chú thích Kênh sӕ 1 1.0 0 0 0 Kênh AWGN lý tѭӣng Kênh sӕ 2 1.0 0.2 0 0 Pha ÿinh phҷng Ricean Kênh sӕ 3 1.0 0 0.2 0 Kênh pha ÿinh phҷng Ricean Kênh sӕ 4 1.0 0 0.2 8 Kênh pha ÿinh chӑn lӑc tҫn sӕ Ricean Kênh sӕ 5 0 1.0 0.2 0 Kênh pha ÿinh phҷng Rayleigh Kênh sӕ 6 0 1.0 0.2 8 Kênh pha ÿinh chӑn lӑc tҫn sӕ Rayleigh P0 , P1 , P2 xác ÿӏnh các mӭc công suҩt tѭѫng ÿӕi cӫa ba ÿѭӡng và ÿѭӧc tính bҵng ÿѫn Yӏ dB, trong ÿó P0 là công suҩt tѭѫng ÿӕi cӫa tia truyӅn thҷng, P1 và P2 là công suҩt cӫa hai tia phҧn xҥ. · Transmitter Signal t Delay Delay spread Receiver Signal t Hình 5.7. Minh hӑa nhiӉu ÿa ÿѭӡng 3 tia Ĉ͛ án t͙t nghi͏p -69- · 0өc ÿích mô phӓng Mô phӓng này nhҵm làm rõ sӵ ҧnh hѭӣng cӫa kênh pha ÿinh Ricean và Rayleigh; pha ÿinh lӵa chӑn tҫn sӕ và pha ÿinh phҷng lên giá trӏ BER cӫa hӋ thӕng truyӅn thông vô tuyӃn. · Nguyên tҳc mô phӓng Giá trӏ BER cӫa mӛi kênh ÿѭӧc ѭӟc lѭӧng bҵng phѭѫng pháp ѭӟc tính bán phân tích. Phѭѫng pháp này là kӃt hӧp cӫa hai phѭѫng pháp: giҧi tích và Monte Carlos · /ѭu ÿӗ thuұt toán Ĉ͛ án t͙t nghi͏p -70- %ҳt ÿҫu Nhұp các thông sӕ sau:sӕ ký Wӵ(symbol): N, ÿӝ rӝng cӫa 1 bít: tb, Wӕc ÿӝ lҩy mүu fs, các giá trӏ Eb/N0 *ӑi chѭѫng trình con random_binary Các kênh khácKênh sӕ 1 S Tính ÿӝ lӧi cho mӛi ÿѭӡng Rayleigh và Ricean Ĉ *ӑi chѭѫng trình con vxcorr *ӑi chѭѫng trình con qpsk_berest 9Ӂÿӗ thӏ BER theo tӯng giá trӏ Eb/N0 Xuҩt ra màn hình .Ӄt thúc Ĉ͛ án t͙t nghi͏p -71- · .Ӄt quҧ cӫa chѭѫng trình Hình 5.8. Ĉӗ thӏ BER cӫa kênh sӕ 1 Hình 5.9. Ĉӗ thӏ BER cӫa kênh sӕ 2) Hình 5.10. Ĉӗ thӏ BER Fӫa kênh sӕ 3 Hình 5.11. Ĉӗ thӏ BER Fӫa kênh sӕ 4 Ĉ͛ án t͙t nghi͏p -72- · Nh̵n xét 'ӵa vào kӃt quҧ mô phӓng ӣ kênh sӕ 1 và sӕ 2 ÿѭӧc minh hӑa ӣ hình 5.8 và hình 5.9, ta thҩy ӣ kênh sӕ 1 chӍ có mӝt thành phҫn ÿi thҷng LOS mà không có ÿa ÿѭӡng, nên ÿây là ѭӟc tính BER bán phân tích cho hӋ thӕng QPSK hoҥt ÿӝng trong môi trѭӡng kênh AWGN. Ĉây là kênh chuҭn và ÿѭӧc dùng ÿӇ so sánh vӟi kӃt quҧ BER mô phӓng Fӫa năm kênh còn lҥi. Kênh sӕ 2 có thêm thành phҫn pha ÿinh Rayleigh. ViӋc thêm vào này làm cho kênh này tѭѫng ÿѭѫng vӟi kênh pha ÿinh Ricean, do IJ=0 nên kӋnh sӕ 2 là kênh pha ÿinh phҷng(không chӑn lӑc tҫn sӕ), và ta thҩy rõ rҵng kênh này có giá trӏ BER lӟn hѫn kênh sӕ 1(kênh lý tѭӣng) .Ӄt quҧ mô phӓng cho hai kênh sӕ 3 và 4 trong hình 5.10 và hình 5.11. Hai kênh sӕ 2 và 3vӅ cѫ bҧn là nhѭ nhau. Kênh sӕ 4 giӕng vӟi kênh sӕ 3 ngoҥi trӯ là pha ÿinh cӫa kênh sӕ 4 là kênh chӑn lӑc tҫn sӕ, IJ=8(mүu); và ta thҩy rõ là hiӋu năng cӫa hӋ thӕng ÿã giҧm mӝt cách rõ rӋt(giá trӏ cӫa BER tăng lên). ĈLӅu này chӭng tӓ nhiӉu chӑn lӑc tҫn Vӕ(hay còn gӑi là ISI) có ҧnh hѭӣng rҩt lӟn ÿӃn chҩt lѭӧng cӫa hӋ thӕng thông tin không dây. .Ӄt quҧ mô phӓng cho kênh sӕ 5 và 6 ÿѭӧc thӇ hiӋn trong hình 5.12 và hình 5.13 , Fҧ hai kênh này ÿӅu không có thành phҫn ÿi thҷng NLOS(kênh Rayleigh ). Khi so sánh Hình 5.12. Ĉӗ thӏ BER cӫa kênh sӕ 5 Hình 5.13. Ĉӗ thӏ BER Fӫa kênh sӕ 6 Ĉ͛ án t͙t nghi͏p -73- NӃt quҧ cӫa kênh sӕ 4 và kênh sӕ 5 ta thҩy: mһc dù là kênh sӕ 5 là pha ÿinh phҷng nhѭng kӃt quҧ là giá trӏ BER cӫa kênh này vүn cao hѫn so vӟi trѭӡng hӧp có kênh có ÿѭӡng truyӅn thҷng LOS. Kênh sӕ 6 cNJng là kênh Rayleigh nhѭng là trong trѭӡng hӧp có trӉ( kênh Rayleigh chӑn lӑc tҫn sӕ) thì chҩt lѭӧng cӫa hӋ thӕng suy giҧm trҫm trӑng. 5.3. Chѭѫng trình mô phӓng tính BER và tӕc ÿӝ dӳ liӋu cӫa các phѭѫng pháp ÿLӅu chӃ sӕ sӱ dөng trong hӋ thӕng WiMAX Mô phӓng gӗm có hai phҫn: -Mô phӓng ѭӟc tính BER cӫa các phѭѫng pháp ÿLӅu chӃ sӕ. -Tӕc ÿӝ dӳ liӋu cӫa tӯng phѭѫng pháp ÿLӅu chӃ sӕ và tӕc ÿӝ mã hóa trong WiMAX. · 0өc ÿích mô phӓng Hai mô phӓng này nhҵm chӭng minh cách sӱ dөng tӯng phѭѫng pháp ÿLӅu chӃ Vӕ có liên quan ÿӃn bán kính cӫa tӃ bào; ÿánh giá hiӋu quҧ sӱ dөng phә tҫn cӫa các sѫ ÿӗÿLӅu chӃÿó. Hình 5.14. Giao diӋn chѭѫng trình hai Ĉ͛ án t͙t nghi͏p -74- 5.3.1. Ĉӗ thӏ chòm sao · /ѭu ÿӗ thuұt toán Hình 5.15. Bán kính tӃ bào(cell) có liên quan ÿӃn ÿLӅu chӃ thích nghi(AMC) %ҳt ÿҫu Nhұp:-Các mӭc ÿLӅu chӃ -Sӕ lѭӧng các tín hiӋu *ӑi chѭѫng trình con anhxa.m 9Ӂÿӗ thӏ chòm sao cӫa các phѭѫng pháp ÿLӅu chӃ Xuҩt ra màn hình .Ӄt thúc Ĉ͛ án t͙t nghi͏p -75- .Ӄt quҧ chѭѫng trình Hình 5.16. Chòm sao tín hiӋu cӫa phѭѫng pháp ÿLӅu chӃ BPSK Hình 5.17. Chòm sao tín hiӋu cӫa phѭѫng pháp ÿLӅu chӃ QPSK Hình 5.18. Chòm sao tín hiӋu cӫa phѭѫng pháp ÿLӅu chӃ 16-QAM Hình 5.19. Chòm sao tín hiӋu cӫa phѭѫng pháp ÿLӅu chӃ 64-QAM Ĉ͛ án t͙t nghi͏p -76- Nh̵n xét ĈLӅu chӃ càng nhiӅu mӭc (M càng lӟn) thì khoҧng cách Euclic giӳa các cһp ÿLӇm ký hiӋu trong không gian tín hiӋu càng ngҳn. 5.3.2. Ĉӗ thӏ tán xҥ Ĉӗ thӏ tán xҥÿѭӧc dùng ÿӇÿánh giá sӵ chӗng lҩn cӫa các tín hiӋu ÿLӅu chӃ sӕ khi bӏҧnh hѭӣng cӫa nhiӉu. Trong môi trѭӡng kênh AWGN, thì xác suҩt lӛi là mӝt hàm ÿѫn ÿLӋu cӫa khoҧng cách Euclic giӳa các cһp ÿLӇm trong không gian tín hiӋu vӟi xác suҩt lӛi tăng khi các ÿLӇm trong không gian tín hiӋu ÿó gҫn nhau hѫn, hay nói cách khác khi các ÿLӇm tín hiӋu càng xít gҫn nhau thì xác suҩt lӛi càng tăng và ngѭӧc lҥi. · /ѭu ÿӗ thuұt toán %ҳt ÿҫu Nhұp:-Các mӭc ÿLӅu chӃ -Sӕ lѭӧng các tín hiӋu *ӑi chѭѫng trình con anhxa.m 9Ӂÿӗ thӏ ánh xҥ cӫa các phѭѫng pháp ÿLӅu chӃ Xuҩt ra màn hình .Ӄt thúc Ĉi qua kênh AWGN Ĉ͛ án t͙t nghi͏p -77- · .Ӄt quҧ chѭѫng trình Hình 5.20. Sѫÿӗ tán xҥ cӫaphѭѫng pháp BPSK Hình 5.21. Sѫÿӗ tán xҥ cӫa phѭѫng pháp QPSK Hình 5.22. Sѫÿӗ tán xҥ cӫa phѭѫng pháp 16-QAM Hình 5.23. Sѫÿӗ tán xҥ cӫa phѭѫng pháp 64-QAM Ĉ͛ án t͙t nghi͏p -78- · Nh̵n xét Khi M càng lӟn thì các ÿLӇm trên chòm sao càng sát lҥi vӟi nhau. Do ÿó, các ÿLӇm ÿӉ bӏ chӗng lҩn lên nhau khi bӏҧnh hѭӣng bӣi nhiӉu và dӉ gây ra lӛi. ĈLӅu ÿó ÿã ÿѭӧc chӭng minh là hoàn toàn ÿúng trong mô phӓng 5.3.3. Tính BER cho tӯng phѭѫng pháp · Nguyên tҳc mô phӓng 6ӱ dөng phѭѫng pháp Monte Carlos ÿӇѭӟc tính lӛi BER. Dӵa vào chòm sao tín hiӋu cӫa các phѭѫng pháp ÿLӅu chӃ có M ÿLӇm khác nhau(M là sӕ mӭc ÿLӅu chӃ), M ÿLӇm này chia thành M vùng quyӃt ÿӏnh. Khi ta cho tín hiӋu ÿi qua kênh AWGN và so sánh vӟi M ÿLӇm ban ÿҫu, tӯÿó tính ÿѭӧc lӛi và tính BER. Nguӗn Gӳ liӋu So sánh các ký hiӋu MÁY PHÁT Nguӗn tҥp âm Nguӗn tҥp âm MÁY THU + + Ù eP d[n] xd[n] xq[n] nd[n] nq[n] x [n] yd[n] yq[n] [ ] Ù nd Hình 5.24. Sѫÿӗ khӕi mô phӓng tính BER Ĉ͛ án t͙t nghi͏p -79- 6ӱ dөng bӝ tҥo sӕ ngүu nhiên ÿӇ tҥo ra các sӕ ngүu nhiên phân bӕÿӅu trong khoҧng (0,1), tӯ sӕ ngүu nhiên phân bӕÿӅu này ánh xҥ (sҳp xӃp) thành mӭc biên ÿӝ Am tѭѫng ӭng vӟi các trөc I-Q cho các bӝÿLӅu chӃ và giҧi ÿLӅu chӃ sӕ nêu trên. Bӝ sҳp [Ӄp (ánh xҥ) thành mӭc biên ÿӝ Am, luӗng dӳ liӋu nhӏ phân trѭӟc hӃt ÿѭӧc chuyӇn nӕi tiӃp thành song song, sau ÿó ÿѭӧc phân vào nhánh ÿӗng pha(nhánh I) và vuông pha (nhánh Q),các tә hӧp bit cӫa các thành phҫn ÿӗng pha và vuông pha này ÿѭӧc sҳp xӃp thành các mӭc biên ÿӝ Am tѭѫng ӭng. %ҧng 5.2. Sҳp xӃp thành mӭc biên ÿӝ Am[8] QuyӃt ÿӏnh ÿҫu raChӃÿӝ ÿLӅu chӃ QuyӃt ÿӏnh mӭc ra theo x ÿѫn vӏ v) Ký hiӋu tin(v) 7ә hӧp bit Thӡi gian tӗn tҥi giá trӏ Am (thӡi gian Wӗn tҥi mӝt ký hiӋu) TS là: BPSK NӃu 0<x<0.5 thì quyӃt ÿӏnh ÿҫu ra 1Ӄu 0.5<x thì quyӃt ÿӏnh ÿҫu ra Am= -1 Am=+1 0 1 TS = Tb BPS = 1 QPSK NӃu 0< x ” 0.5 thì quyӃt ÿӏnh ÿҫu ra 1Ӄu 0.5< x thì quyӃt ÿӏnh ÿҫu ra Am= -1 Am =+1 0 1 TS = 2Tb BPS = 2 16-QAM NӃu 0 < x ”0.25 thì quyӃt ÿӏnh ÿҫu ra 1Ӄu 0.25< x ” 0.5 thì quyӃt ÿӏnh ÿҫu ra 1Ӄu 0.5 < x ” 0.75 thì quyӃt ÿӏnh ÿҫu ra 1Ӄu x> 0.75 thì quyӃt ÿӏnh ÿҫu ra Am= -3 Am= -1 Am= +1 Am=+3 00 01 10 11 TS = 4Tb BPS = 4 64-QAM NӃu 0< x ” 0.125 thì quyӃt ÿӏnh ÿҫu ra 1Ӄu 0.125< x” 0.25 thì quyӃt ÿӏnh ÿҫu ra 1Ӄu 0.25 < x ” 0.375 thì quyӃt ÿӏnh ÿҫu ra 1Ӄu 0.375 < x ” 0.5 thì Am = -7 Am= -5 Am =-3 000 001 010 Ĉ͛ án t͙t nghi͏p -80- QuyӃt ÿӏnh ÿҫu ra quyӃt ÿӏnh ÿҫu ra 1Ӄu 0.5 < x ” 0.625 thì quyӃt ÿӏnh ÿҫu ra 1Ӄu 0.625 < x ” 0.75 thì quyӃt ÿӏnh ÿҫu ra 1Ӄu 0.75 < x ” 0.875 thì quyӃt ÿӏnh ÿҫu ra 1Ӄu 0.875 < x ” 1 thì quyӃt ÿӏnh ÿҫu ra Am = -1 Am = +1 Am= +3 Am= +5 Am = +7 011 100 101 110 111 TS = 6Tb BPS = 6 BPS là sӕ bit trên mӝt ký hiӋu. Ta có M là mӭc ÿLӅu chӃ, thì BPS=log2M(bit). Ĉây FNJng là mӝt tham sӕ dùng ÿӇÿánh giá hiӋu năng thông lѭӧng cӫa hӋ thӕng. ĈӇ hiӇu rõ cách sҳp xӃp, xem trong sѫÿӗ sau: Hình 5.25. Sѫ dӗ sҳp xӃp chòm sao cӫa các phѭѫng pháp ÿLӅu chӃ M =64 M =16 M = 4 M=20 Am 7 5 - 1 1 3 - 7 - 5 -3 1- 1- 3- 5- 7 753 Am Ĉ͛ án t͙t nghi͏p -81- · /ѭu ÿӗ thuұt toán %ҳt ÿҫu Nhұp: -Các ký hiӋu dùng trong mô phӓng -Các giá trӏ Eb/N0 -Khӣi tҥo mҧng là mӝt vectѫ hàng có các phҫn tӱ là các mӭc Am 7ҥo các tín hiӋu ÿLӅu chӃ, sau ÿó cӝng nhiӉu vào tín hiӋu ÿLӅu chӃ ii= length(Eb/N0) So sánh các tín hiӋu ÿã cӝng nhiӉu vӟi tín hiӋu ÿLӅu chӃ ban ÿҫu, tӯÿó phát hiӋn ra lӛi và ÿӃm lӛi ii>length(Eb/N0) Ĉ S Tính BER và vӁÿӗ thӏ BER theo mô phӓng và theo lý thuyӃt Xuҩt ra màn hình ÿӗ thӏ BER .Ӄt thúc Ĉ͛ án t͙t nghi͏p -82- · .Ӄt quҧ chѭѫng trình Hình 5.26. Ĉӗ thӏ BER cӫa phѭѫng pháp ÿLӅu chӃ BPSK Hình 5.27. Ĉӗ thӏ BER cӫa phѭѫng pháp ÿLӅu chӃ QPSK Hình 5.28. Ĉӗ thӏ BER cӫa phѭѫng pháp ÿLӅu chӃ 16-QAM Hình 5.29. Ĉӗ thӏ BER cӫa phѭѫng pháp ÿLӅu chӃ 64-QAM Ĉ͛ án t͙t nghi͏p -83- Nh̵n xét: *. Giá tr͓ BER cͯa các ph˱˯ng pháp ÿL͉u ch͇ 'ӵa vào kӃt quҧ mô phӓng trên ta thҩy giá trӏ BER mô phӓng bҵng phѭѫng pháp Monte Carlos là khác nhau cho mӛi phѭѫng pháp ÿLӅu chӃ Ӣ hình 5.26 là giá trӏ BER cӫa phѭѫng pháp ÿLӅu chӃ BPSK, so vӟi ba phѭѫng pháp còn lҥi thì phѭѫng pháp này có giá trӏ BER thҩp nhҩt, có nghƭa là phѭѫng pháp này sӁ cho hiӋu năng tӕt nhҩt và ít gây ra lӛi nhҩt. ĈLӅu này cNJng phù hӧp trong lý thuyӃt, vì phѭѫng pháp này chӍ sӱ dөng mӝt bit/symbol ÿӇ truyӅn tin nên khҧ năng gây ra lӛi bit là rҩt thҩp(sӕ bit truyӅn tin là log2M=1; M là mӭc ÿLӅu chӃ) Ӣ hình 5.27 là giá trӏ BER cӫa phѭѫng pháp ÿLӅu chӃ QPSK, phѭѫng pháp này có giá BER cao hѫn phѭѫng pháp BPSK, nhѭng sӕ bit tin truyӅn cho mӝt ký tӵ là 2/symbol (log2M= 2), lӟn hѫn BPSK. Trong WiMAX, ÿӇÿLӅu chӃ 4 mӭc, ngѭӡi ta sӱ Gөng phѭѫng pháp QPSK, mà không sӱ dөng phѭѫng pháp 4-QAM vì ÿLӅu chӃ 4- QAM phӭc tҥp hѫn và dӉ gây ra lӛi hѫn do phѭѫng pháp này làm thay ÿәi cҧ vӅ pha Oүn biên ÿӝ. Ӣ hình 5.28 là giá trӏ BER cӫa phѭѫng pháp ÿLӅu chӃ 16-QAM, ӣ phѭѫng pháp này ta thҩy rõ giá trӏ BER cao hѫn hai phѭѫng pháp trên. Phѭѫng pháp này truyӅn ÿѭӧc nhiӅu bit hѫn, 4 bit/ symbol, nhѭng chính vì vұy mà dӉ gây ra lӛi hѫn. Do ÿó, giá trӏ BER cao hѫn. Ta cNJng thҩy rҵng giá trӏ BER mô phӓng ÿѭӧc lҥi rҩt khác so vӟi giá trӏ BER tính toán trên lý thuyӃt. Ӣ hình 5.29 là giá trӏ BER cӫa phѭѫng pháp ÿLӅu chӃ 64-QAM, phѭѫng pháp này có giá trӏ BER cao nhҩt(§ 100). Vì vұy, phѭѫng pháp này cho hiӋu năng thҩp nhҩt nhѭng truyӅn ÿѭӧc nhiӅu tin nhҩt trong các phѭѫng pháp ÿLӅu chӃ còn lҥi. Giá trӏ mô phӓng lҥi càng khác xa vӟi giá trӏ lý thuyӃt. Ӣ cҧ bӕn ÿӗ thӏ BER, ta thҩy giá trӏ SNR(Eb/N0) càng tăng thì giá trӏ BER càng giҧm. ĈLӅu này hoàn toàn phù hӧp vӟi lý thuyӃt, vì khi SNR tăng thì ít gây ra lӛi Ĉ͛ án t͙t nghi͏p -84- *.Hi͏u qu̫ s͵ dͭng ph͝ cͯa các ph˱˯ng pháp ÿL͉u ch͇ HiӋu quҧ sӱ dөng phә cӫa mӝt hӋ thӕng ÿѭӧc ÿánh giá qua công thӭc sau: Trong ÿó: Rb là tӕc ÿӝ bit trong mӝt ÿѫn vӏ thӡi gian, trong ÿó Rbÿѭӧc tính theo công thӭc sau ÿây: Nhѭÿã biӃt: M là sӕ mӭc ÿLӅu chӃ Ts là thӡi gian tӗn tҥi mӝt ký hiӋu, giҧ sӱ TS=1s B là toàn bӝ băng thông chiӃm dөng cӫa cҧ hӋ thӕng ThӃ công thӭc (5.1) vào (5.2), ta có: Theo công thӭc (5.3), ta thҩy hiӋu quҧ sӱ dөng phә cӫa mӝt hӋ thӕng phө thuӝc Uҩt nhiӅu vào giá trӏ M, M càng lӟn thì hiӇu quҧ sӱ dөng phә càng tăng. 0һt khác, theo công thӭc (5.3), ta thҩy M càng lӟn thì tӕc ÿӝ truyӅn dӳ liӋu càng tăng lên 5.3.4. Tӕc ÿӝ truyӅn dӳ liӋu cӫa hӋ thӕng WiMAX Theo nhѭ kӃt quҧ cho ӣ bҧng 5.3, ta thҩy tӕc ÿӝ dӳ liӋu phө thuӝc rҩt nhiӅu vào phѭѫng pháp ÿLӅu chӃ và tӕc ÿӝ mã hóa. [ ] [ ]HzB sbítRR beff / = (5.1) ( ) s b T MR 2log= (5.2) ( ) B M Reff 2log= (5.3) Ĉ͛ án t͙t nghi͏p -85- %ҧng 5.3. Phѭѫng pháp tín tӕc ÿӝ truyӅn cӫa WiMAX · .Ӄt quҧ chѭѫng trình · Nh̵n xét 'ӵa vào bҧng trên, ta thҩy tӕc ÿӝ dӳ liӋu tăng khi sӱ dөng phѭѫng pháp ÿLӅu chӃ nhiӅu mӭc và tӕc ÿӝ mã hóa lӟn nhѭng dӉ gây ra lӛi lӟn. 5.4. KӃt luұn và hѭӟng phát triӇn ÿӅ tài 5.4.1. KӃt luұn Tham sӕ BER là mӝt tham sӕ quan trӑng dùng ÿӇÿánh giá chҩt lѭӧng cӫa hӋ thӕng, vì vұy nó luôn ÿѭӧc quan tâm ÿӃn trong quá trình thiӃt kӃ hӋ thӕng. ViӋc mô phӓng ÿӇѭӟc tính giá trӏ BER cho tӯng kênh truyӅn và các phѭѫng pháp ÿLӅu chӃ cӫa KӋ thӕng giúp ngѭӡi thiӃt kӃÿánh giá ÿúng nhӳng ҧnh hѭӣng cӫa tác ÿӝng bên ngoài ÿӃn kênh truyӅn, lӵa chӑn các phѭѫng pháp ÿLӅu chӃ thích hӧp cho tӯng ÿLӅu kiӋn kênh truyӅn, thuұn lӧi hѫn trong viӋc triӇn khai hӋ thӕng trong thӵc tӃ Hình 5.. Nguyên tҳc mô phӓng ÿo thông lѭӧng cӫa tӯng phѭѫng pháp Ĉ͛ án t͙t nghi͏p -86- Trong phҥm vi ÿӗ án này là tìm hiӇu tәng quan vӅ công nghӋ WiMAX, các ҧnh Kѭӣng cӫa nhiӉu ÿӃn hӋ thӕng này và các biӋn pháp khҳc phөc các ҧnh hѭӣng này. Các NӃt quҧ mô phӓng trên hoàn toàn ÿúng vӟi lý thuyӃt ÿѭa ra. 5.4.2. Hѭӟng phát triӇn ÿӅ tài Trong phҥm vi ÿӅ tài này, em ÿã tìm hiӇu nhӳng ҧnh hѭӣng chӫ yӃu trong mҥng truyӅn thông không dây nói chung cNJng nhѭ trong WiMAX và các biӋn pháp ÿӇ khҳc phөc trong WiMAX. Trong chѭѫng trình mô phӓng ҧnh hѭӣng cӫa pha-ÿinh; em chӍ giӟi hҥn ҧnh hѭӣng cӫa hiӋn tѭӧng Doppler cѭӡng ÿӝ tín hiӋu tҥi máy thu, cӫa kênh thay ÿәi theo thӡi gian ÿӃn biên ÿӝ tҥi máy thu, ҧnh hѭӣng cӫa kênh Rayleigh và Ricean gӗm ba tia và mô hình kênh truyӅn ÿã ÿѭӧc ÿѫn giҧn hóa. Trong mô phӓng các phѭѫng pháp ÿLӅu chӃ, em chӍ hҥn chӃ trong bӕn phѭѫng pháp ÿLӅu chӃ thông dөng nhҩt thѭӡng dùng trong WiMAX. Do ÿó, ÿӅ tài này còn có thӇ phát triӇn theo nhiӅu Kѭӟng khác nhau ÿӇ cho ÿӅ tài này gҫn vӟi thӵc tӃ hѫn. Hѭӟng phát triӇn ÿӅ tài nhѭ sau: · 0ӣ rӝng tìm hiӇu các phѭѫng pháp ÿLӅu chӃ sӕ khác nhiӅu mӭc hѫn; chҷng hҥn nhѭ 256-QAM,v.v… · Ĉi sâu tìm hiӇu ҧnh hѭӣng cӫa hiӋn tѭӧng Doppler ÿӃn chҩt lѭӧng cӫa hӋ thӕng và biӋn pháp khҳc phөc, vì hiӋn tѭӧng này có ҧnh hѭӣng ÿáng kӇÿӃn mҥng di ÿӝng. · Tìm hiӇu kӻ hѫn vӅ biӋn pháp khҳc phөc lӛi bҵng phѭѫng pháp ѭӟc lѭӧng và cân bҵng kênh ӣ phía thu vì phѭѫng pháp này rҩt quan trӑng trong quá trình thӵc hiӋn AMC. Ĉ͛ án t͙t nghi͏p -87- TÀI LIӊU THAM KHҦO [1] NguyӉn Văn Ĉӭc, “ Lý thuyӃt và các ӭng dөng cӫa kӻ thuұt OFDM”, Nhà xuҩt bҧn Khoa hӑc và Kӻ thuұt- Hà Nӝi-2006. [2] TS. Lê Thanh DNJng-ThS. Lâm Văn Ĉà, “WiMAX di ÿӝng, phân tích , so sánh vӟi các công nghӋ 3G”, Nhà xuҩt bҧn Bѭu ĈLӋn- Hà Nӝi 2007. [3] Vladimir Bykovnikov,“The Advantages of SOFDMA for WiMAX”, Intel Corporation. [4] Jeffrey G. Andrews, Ph.D., “Fundamentals-of-wimax-understanding- broadband-wireless-networking”, Prentice Hall, ISBN 0-13-222552-2. [5] WIMAX forum, “WiMAX’s technology for LOS and NLOS environments ”. [6] RDW X-MobilityTMWhite Paper, “A WiMAX Compliant Technology”, September 6, 2007. [7] Theodore S. Rappaport “Wireless Communications Principles and Practice”, Prentice Hall, Inc, ISBN 0-13-375536-3. [8] Diplomarbeit, “Implementation of a WiMAX simulator in Simulink”, Amalia Roca, Vienna, February 2007. [9] Dr. Maha Elsabrouty, “Lecture 6: Wireless Networking” [10] ROHDE&SCHWARZ, “Introduction OFDM” Ĉ͛ án t͙t nghi͏p -88- PHӨ LӨC (t̵p ÿính kèm)