Chương 2 Xử lý tín hiệu đa chiều trong thông tin di động 17
2.3 Thiết lập biểu thức tính SIR cho hệ thống OFDM dưới ảnh hưởng kết hợp của CFO, PHN và dịch Doppler
2.3.3 Kết quả mô phỏng và thảo luận
2.3.3.1 Mô phỏng kênh fading Rayleigh và nhiễu pha
Hình 2.9 cho thấy sự biến thiên của đường bao fading biến đổi theo thời gian và phụ thuộc vào tốc độ di chuyển của người dùng được mô phỏng theo mô hình Jake [70]. Trên hình vẽ, ta thấy rằng, khi người dùng di chuyển với tốc độ bé (5km/h), kênh truyền gần như không biến đổi trong thời gian 1 ký tự, nhưng khi người dùng di chuyển với tốc độ cao (300km/h) ta thấy kênh truyền biến đổi liên tục qua từng ký tự [71]. Hình 2.10 mô tả tiến trình của nhiễu pha
Hình 2.8: SIR là hàm của CFO, PHN với NDF khác nhau
0 2 4 6 8 10
10−2 10−1 100 101
Time(Second)
Channel Gain
v= 5km/h v= 100km/h v= 300km/h
Hình 2.9: Đáp ứng của kênh truyền biến đổi theo thời gian trong các trường hợp tốc độ di chuyển của người dùng lần lượt là 5, 100 và 300km/h
theo thời gian. Ta thấy rằng, khi βTs có giá trị lớn (0.02), nhiễu pha càng trầm trọng và bất định. Trong trường hợp nhiễu pha bé (βTs = 0.001), nhiễu pha ảnh hưởng không đáng kể [71].
0 200 400 600 800 1000 0.86
0.88 0.9 0.92 0.94 0.96 0.98 1
samples index
ejφ(t)
βTs = 0.001 βTs = 0.005 βTs = 0.01 βTs = 0.02
Hình 2.10: Mô tả tiến trình nhiễu pha 2.3.3.2 Kiểm chứng công thức (2.24)
Trong phần này, mô phỏng bằng máy tính được tiến hành để kiểm chứng biểu thức SIR đề xuất. Kênh fading biến đổi nhanh đa đường với số đườngL= 5 được tạo ra theo mô hình Jakes [69], [72]. Mô phỏng được tiến hành 10,000 theo phương pháp Monte Carlo. Trong mô phỏng sử dụng các thông số cụ thể như trong Bảng 2.1
Bảng 2.1: Các thông số thiết lập hệ thống để kiểm chứng công thức (2.24)
Băng thông (MHz) 5
Tần số lấy mẫu Fs (MHz) 7.68 Kích thước FFT Nf f t 512 Khoảng cách tần số sóng mang con (kHz) 15
Chu kỳ ký hiệu Ts (às) 66.7
Hình 2.11 biểu diễn SIR theo PHN với các giá trị cho trước của CFO và NDF (thông qua tốc độ tương đối giữa hai thiết bị thu phát) [60]. Ta thấy rằng, SIR giảm khi các nhân tố gây bất đồng bộ tăng lên, ngoài ra, ta còn thấy rằng phân tích lý thuyết (2.24) và đường mô phỏng rất trùng khớp.
Hình 2.12 so sánh biểu thức SIR khi có mặt các thành phần CFO, PHN và NDF với các nghiên cứu khác. Ta thấy rằng, công thức đề xuất cho kết quả chính xác do phân tích đầy đủ các nhân tố hơn các nghiên cứu trước đây [60].
0 1ã10−32ã10−33ã10−34ã10−35ã10−36ã10−37ã10−38ã10−39ã10−31ã10−2 12
14 16 18 20 22 24 26 28
βTs (rad)
SIR(dB)
SIR theo (2.24)= 0.001 SIR mô phỏng, =0.001 SIR theo (2.24)= 0.05 SIR mô phỏng, =0.05 SIR theo (2.24)= 0.01 SIR mô phỏng, =0.01
Hình 2.11: SIR theo PHN βTs khi fdTs = 0.03 (v = 100 km/h).
0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 15
20 25 30 35 40
fdTs(rad)
SIR(dB)
a: SIR lý thuyết bỏ qua PHN và CFO[13] b: SIR lý thuyết bỏ qua CFO[14]
c: SIR lý thuyết bỏ qua PHN[15] d: SIR lý thuyết theo (2.24) e: SIR mô phỏng
Hình 2.12: SIR theo NDF khi ε= 0.05 và βTs = 0.005.
Như vậy, từ mô hình tín hiệu của hệ thống OFDM truyền dẫn qua kênh truyền biến đổi theo thời gian với sự có mặt của nhiễu pha và độ lệch tần số sóng mang, công thức đánh giá độ ảnh hưởng của các tác nhân gây mất đồng bộ lên hệ thống OFDM thông qua SIR đã được đề xuất và kiểm chứng bằng mô phỏng (trong một nghiên cứu khác [73], tác giả cũng đã đề xuất một phương pháp gần đúng hóa biểu thức SIR để thuận tiện trong việc đánh giá nhanh hệ
thống). Từ đây, ta thấy rằng, để hệ thống OFDM có khả năng khôi phục lại tín hiệu một cách chính xác, quá trình ước lượng kênh và khử giao thoa là cần thiết. Các công trình [74], [75], [76], [77] đã tiến hành ước lượng riêng lẻ hoặc kết hợp một phần giữa kênh truyền biến đổi theo thời gian, nhiễu pha và và độ lệch tần số sóng mang. Hiện vẫn chưa có đề xuất kết hợp ước lượng giữa các thành phần này trong hệ thống truyền dẫn OFDM, đây cũng chính là một trong các hướng phát triển tiếp theo của đề tài. Trong khi nhiễu pha và độ lệch tần số - mang đặc tính của thiết bị - có thể hạn chế bằng các bộ dao động nội với chất lượng tốt hơn và áp dụng kỹ thuật vòng khóa pha VCO, thì sự biến đổi theo thời gian của kênh truyền - phụ thuộc tốc độ tương đối giữa hai điểm và mang tính chất thời gian. Vì vậy, ước lượng kênh truyền biến đổi theo thời gian thật sự cần thiết cho bất kỳ hệ thống truyền thông vô tuyến di động nào.
Trong phần sau, tác giả sẽ trình bày kỹ thuật ước lượng kênh biến đổi theo thời gian cho hệ thống thông tin di động song công - là một trong những xu thế mới trong truyền thông vô tuyến nhằm khai thác triệt để tài nguyên vô tuyến.