CHƯƠNG 5 HAI THUẬT TOÁN POCS và AGP BẰNG MATLAB

CHƯƠNG 5KẾT QUẢ MÔ PHỎNG HAI THUẬT TOÁN POCS VÀ AGP BẰNG MATLAB  5.1 Giới thiệu chương: Chương này sẽ trình bày những kết quả thu được từ việc sử dụng phần mềm Matlab dể mô phỏng hai

CHƯƠNG 5

KẾT QUẢ MÔ PHỎNG HAI THUẬT TOÁN POCS VÀ AGP BẰNG MATLAB



5.1 Giới thiệu chương:

Chương này sẽ trình bày những kết quả thu được từ việc sử dụng phần mềm Matlab

dể mô phỏng hai thuật toán POCS và AGP trong phương pháp ACE để kiểm tra việc giảm ảnh hưởng của PAPR vào hệ thống OFDM

5.2 Cơ sở lý thuyết:

Một dãy tín hiệu OFDM đơn giản được tạo ra Đầu tiên là một chuỗi nhị phân được tạo ra ngẫu nhiên Đối với trường hợp của 256 sóng mang con, hệ thống 4 – QAM với số lượng các bit trên dãy là 256 x 2 = 512 bit Còn đối với trường hợp của 256 sóng mang con

hệ thống 16 – QAM với chuỗi bit chứa 256 x 4 = 1024 bit Các chuỗi bit sau đó được sắp xếp thành dạng song song với 2 bit trong mỗi hàng Mỗi luồng song song được ánh xạ vào biểu đồ chòm sao bằng 256 4 – QAM Các kết quả đầu ra của QAM là các số phức sau đó

nó được đặt vào khối IFFT để chuyển đổi thành tín hiệu miền thời gian để tạo thành một ký hiệu OFDM

Các tín hiệu OFDM với 256 sóng mang con và 4 – QAM, PAPR = 23,53dB, được

sử dụng như là tín hiệu cho phương pháp ACE với mẫu minh họa là:

Hình 5.1: Mẫu OFDM với PAPR cao

Đối với trường hợp của 4 – QAM dựa trên OFDM 256 tín hiệu sóng mang con tất cả

4 điểm chòm sao có thể di chuyển Trong đề tài này chon ngưỡng cắt là 0.15

5.3 Thuật toán POCS:

Thực hiện theo các bước trong chương 4, sau khi được cắt và chuyển đổi lại tần số, các chòm sao được thể hiện như trong hình 5.2 Một số điểm trong khu vực cho phép nhưng một số điểm thì không Trong bước 4, điểm duy nhất có trong phần mở rộng cho phép được giữ lại

Hình 5.2: Sơ đồ chòm sao trước và sau khi sắp xếp

Quy trình này được lặp đi lặp lại và kết quả cuối cùng được thể hiện trong hình 5.3

Và sau 10 lần lặp lại được PAPR như sau: 23.5326, 17.4295, 15.4200, 13.9866, 12.9675, 12.2194, 11.6640, 11.2426, 10.9172, 10.6590, 10.4563 dB

-2 -1.5 -1 -0.5 0 0.5 1 1.5 2

In-Phase

So do Constellation moi

Hình 5.3: Sơ đồ các chòm sao sau khi lặp đi lặp lại 10 (được sắp xếp lại)

Các PAPR gốc là 17.4295dB và sau khi lặp lại một lần nó giảm xuống 15.42dB sau khi lặp lại lần hai ta được 13.9866dB và v.v… sau 10 lần lặp lại PAPR là 10.2982dB

0 0.1 0.2 0.3 0.4

Ky hieu OFDM goc trong mien thoi gian

0 0.05 0.1 0.15 0.2

Ky hieu OFDM voi PAPR thap

Hình 5.4: Mẫu tín hiệu OFDM trước và sau khi được xử lý

Các tín hiệu OFDM trong miền thời gian trước và sau khi được xử lý bởi ACE-POCS được thể hiện trong hình 5.4 Chú ý rằng tín hiệu xử lý không có đỉnh cao lớn nhưng vẫn có một số đỉnh cao vượt quá ngưỡng Vì vậy ngưỡng không có một ý nghĩa tuyệt đối

Vì mục tiêu của thuật toán ACE là để đạt được các tín hiệu với PAPR nhỏ hơn sau đó ngưỡng chỉ là tham khảo cho thuật toán ACE Theo kinh nghiệm, nhiều ngưỡng đã được chọn để mô phỏng, dao động từ 0.1 đến 0.2, ngưỡng nhỏ hơn là không xác nhận để kết quả tốt hơn Ngưỡng 0.15 được chọn bởi vì trong nhiều trường hợp nó là ngưỡng tốt nhất, biết rằng với 100 tín hiệu OFDM nó sẽ cho kết quả tốt hơn

Các thuật toán ACE-POCS đã được thử nghiệm cho một tín hiệu OFDM cơ bản phức tạp với những kênh phụ sử dụng QPSK dùng 103 ký hiệu OFDM ngẫu nhiên Ngưỡng 0.15 cho tất cả các trường hợp Hình 5.5 cho thấy các chức năng phân phối tích lũy bổ sung cho một ký hiệu

( )

Và có thể được hiểu là xác suất các PAPR của một khối ký hiệu vượt quá một số đoạn mức độ (được gọi là xác suất đoạn ký hiệu) Đối với lần lặp trước đạt được mức giảm 2dB và dần dần hội tụ tới khoảng 10dB

8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 0

0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1

PAPR

Complementary Cumulative Distribution Function

Hình 5.5: Kết quả phương pháp ACE-POCS sau 10 lần lặp lại cho tín hiệu 4-QAM OFDM Đối với trường hợp dựa trên tín hiệu 16-QAM OFDM tín hiệu trong miền thời gian trước và sau:

0 50 100 150 200 250 300 0

0.2 0.4 0.6 0.8

Ky hieu OFDM goc trong mien thoi gian

0 0.2 0.4 0.6 0.8

Ky hieu OFDM voi PAPR that

Hình 5.6: Tín hiệu 16-QAM OFDM với 256 sóng mang con trước và sau khi được xử lý

ACE-POCS

-4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4

In-Phase

So do Constellation moi

Hình 5.7: Các chòm sao của tín hiệu 16-QAM OFDM sau 10 lần lặp lại

PAPR sau 10 lần lặp đi lặp lại 21.8621, 20.4298, 19.2341, 18.2192, 17.3599,

16.6225, 16.0021, 15.4796, 15.0350, 14.6613, 14.3442 dB Sự khác biệt là giảm được khoảng 7dB

Hình 5.8: Kết quả phương pháp ACE-POCS sau 3 lần lặp lại cho tín hiệu 16-QAM OFDM

5.4 Thuật toán AGP:

-3

-2

-1

0

1

2

3

In-Phase

Scatter plot

-3 -2 -1 0 1 2 3

In-Phase Scatter plot

(a) (b) Hình 5.9: Sơ đồ chòm sao sau 1 lần lặp lại (a) và sau 2 lần lặp lại (b)

Thực hiện theo các thuật toán AGP, kết quả sau hai lần lặp lại được thể hiện ở trên.

-3 -2 -1 0 1 2 3

In-Phase Scatter plot

Hình 5.10: Sơ đồ chòm sao sau 3 lần lặp lại

Các PAPR sau 3 lần lặp lại là: 23.5326, 13.0451, 10.6882, 9.6058 dB

Kết quả của phương pháp ACE-AGP là tốt hơn so với phương pháp ACE-POCS Sau khi lặp lại 1 lần, PAPR giảm trên 10dB và nó có thể dễ dàng đạt giá trị 9.6dB sau 3 lần lặp lại Trong ACE-POCS sau khi lặp lại 10 lần PAPR vẫn lớn hơn 10dB Các tín hiệu trước và sau khi được xử lý được thể hiện trong hình 5.11 Những tín hiệu ban đầu đã có PAPR của 23.53dB và một trong những xử lý là 9.6dB Các CCDF của phương pháp ACE-AGP được thể hiện trong hình 5.12 Hiệu suất của lần lặp đầu tiên là rất đáng kể Cắt giảm 10dB có thể đạt được và sau 3 lần lặp lại các PAPR có thể đạt rất thấp

0 50 100 150 200 250 300 0

0.1 0.2 0.3 0.4

Bieu tuong OFDM goc trong mien thoi gian

0 0.05 0.1 0.15 0.2

Hình 5.11: Mẫu tín hiệu OFDM trước và sau khi được xử lý

8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 0

0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1

PAPR

Complementary Cumulative Distribution Function

Hình 5.12: Kết quả phương pháp ACE-AGP sau 3 lần lặp lại cho tín hiệu 4-QAM OFDM

5.5 Kết luận chương:

Kết quả mô phỏng ta thu được được trình bày trong chương này cho thấy phương pháp ACE với hai thuật toán POCS và AGP đã làm giảm tỷ số công suất đỉnh trên công suất trung bình PAPR là rất đáng kể Phần mềm Matlab hỗ trợ tốt cho việc mô phỏng và cho kết quả gần với thực tế, cho ta thấy được mô hình ký hiệu OFDM với PAPR cao và OFDM với PAPR được giảm sau khi dùng các thuật toán để tính toán