Tải bản đầy đủ

Cải thiện dung lượng hệ thống VLC sử dụng điều chế Nyquist Pam kết hợp Neural Networks

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

DƯƠNG NGUYỄN THÀNH THÁI

CẢI THIỆN DUNG LƯỢNG HỆ THỐNG VLC SỬ DỤNG
ĐIỀU CHẾ NYQUIST PAM KẾT HỢP NEURAL
NETWORKS

IMPROVE CAPACITY OF VLC SYSTEM USING
NYQUIST PAM MODULATION AND NEURAL
NETWORKS
Chuyên ngành: KỸ THUẬT VIỄN THÔNG
Mã số: 60.52.02.08

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 06 năm 2019

ffi



ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM
TRƯỜNG DẠI HỌC BÁCH KHOA

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

Công trình được hoàn thành tại: Trường Đại học Bách Khoa - ĐHQG-HCM
Cán bộ hướng dẫn khoa học: TS. PHẠM QUANG THÁI

Cán bộ chấm nhận xét 1 : ..........................................................................

Cán bộ chấm nhận xét 2 : ..........................................................................

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG TP.HCM
ngày ......... tháng .... năm .............
Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:
1 ......................................................
2 ......................................................
3 ..........................................................
4 ..........................................................
5 ..........................................................
Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý chuyền
ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có).

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

TRƯỞNG KHOA


ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

Số:
/BKĐT
KHOA : ĐIỆN - ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN : VIỄN THÔNG



NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
HỌ VÀ TÊN : DƯƠNG NGUYỄN THÀNH THÁI ______ MSHV : 1770554 ________
NGÀNH: KỸ THUẬT VIỄN THÔNG ________________ LỚP:2017 đợt2 __________
1. Tên đề tài luận văn ( Tiếng Việt và Tiếng Anh) :
Tên Tiếng Việt: Cải thiện dung lượng hệ thống VLC sử dụng điều chế Nyquist PAM kết hợp neural
networks.
Tên Tiếng Anh : Improve capacity of VLC system using Nyquist PAM modulation and neural
networks.
2. Nhiệm vụ (yêu cầu về nội dung và số liệu ban đầu)
• Xây dụng mô hình hệ thống điều chế Nyquist - PAM kết hợp với một trong các thuật toán Neural
Network cho hệ thống VLC.
• Xây dụng mô hình hệ thống OFDM VLC.
• Áp dụng các mô hình mô phỏng vào hệ thống VLC dùng OLED sử dụng các đo đạc thục nghiệm.
• So sánh, đánh giá và phân tích khả năng cải thiện dung luợng hệ thống đề nghị trong luận văn.
3. Các kết quả dụ kiến
• Luận văn nêu một số ý tổng quan về xu huớng tăng trưởng, phát triển của hệ thống VLC qua đó
cho thấy như cầu sử dụng băng thông của các dịch vụ tốc độ cao.
• Luận văn giới thiệu được tổng quan về hệ thống truyền thông VLC bằng phương pháp Nyquist
PAM kết hợp với thuật toán Neural Network vào hệ thống, cơ sở lý thuyết và giải thích được lý do
sử dụng phương pháp này.
• Giới thiệu tổng quan, cơ sở lý thuyết của hệ thống OFDM VLC.
• Luận văn sẽ đi sâu vào việc mô phỏng matlab và qua đó làm nổi bật khả năng cải thiện chất lượng
của hệ thống điều chế Nyquist PAM kết hợp Neural Network.
• Luận văn sẽ mô phỏng thêm hệ thống OFDM để đối chiếu với hệ thống đang xét.
• Mô phỏng hệ thống VLC dùng OLED bằng Matlab sử dụng các đo đạc thực nghiệm.
• So sánh, phân tích và giải thích được khả năng cải thiện dung lượng của hệ thống.
4. Ngày giao nhiệm vụ luận văn : 17/01/2018.


5. Ngày hoàn thành nhiệm vụ :

17/06/2018.

6. Họ và tên người hướng dẫn :

Phần hướng dẫn :

TS.PHẠM QUANG THÁI ______________ Toàn bộ luận văn _________________
Nội dung và yêu cầu LATN đã được thông qua Bộ môn
Ngày tháng năm
CHỦ NHIỆM BỘ MÔN

NGƯỜI HƯỚNG DẪN CHÍNH

(Ký và ghi rõ họ tên)

PHẦN DÀNH CHO KHOA, BỘ MÔN
Người duyệt (chấm sơ bộ): ______________________
Ngày bảo vệ : _________________________________
Điểm tổng kết: ________________________________

(Ký và ghi rõ họ tên)




LỜI CẢM ƠN
Đầu tiên, tôi xin được gửi lời cảm om chân thành đến thầy hướng dẫn luận văn của
mình TS. Phạm Quang Thái. Trong quá trình thực hiện luận văn, thầy là người đã nhiệt tình
hỗ trợ, chỉ dẫn giúp tôi củng cố kiến thức đồng thời chỉ ra những vấn đề cốt lõi giúp tôi có
định hướng đủng đẳn để hoàn thành luận văn.
Tiếp đến, tôi xin được gửi lời cảm om đến các thầy cô đã và đang dạy tại trường Đại
Học Bách Khoa Tp.HCM và đặc biệt là các thầy cô ở Bộ Môn Viễn Thông đã giúp tôi xây
dựng được kiến thức nền tảng, là cơ sở để tôi thực hiện được luận văn này.
Cuối cùng tôi xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè, đồng nghiệp đã hết sức giúp đỡ,
quan tâm, động viên để tôi có điều kiện thuận lợi để thực hiện luận vãn này.

Xỉn chân thành cảm ơn!

Tp. Hồ Chỉ Minh, ngày 23 tháng 06 năm 2019

DƯƠNG NGUYỄN THÀNH THÁI


Luận vãn thạc sỹ

HVTH: Dương Nguyễn Thành Thái

2019

TÓM TẮT
Ngày nay, kỷ nguyên của truyền thông tin bằng dung lượng lớn đang bùng nổ. Môi
trường vô tuyến đang càng ngày càng chật chội với những công nghệ gần như đã tiệm cận
đến với dung lượng tối đa mà nó được phép truyền. Vì vậy, việc chuyển hướng để tìm một
môi trường mới, ít bị ảnh hưởng bởi các tác nhân điện trường vốn đã và đang có quá nhiều
thiết bị đang hoạt động trên hiện tại đang là điều cấp thiết. Công nghệ quang đã thể hiện là
ứng cử viên xuất sắc trong những năm đã qua. Kéo theo đó, càng ngày có nhiều các công trình
nghiên cứu tập trung vào việc nâng cao chất lượng, hiệu suất hoặc dung lượng của những
kênh truyền quang này. Kết luận được rằng, với công nghệ quang, việc kết hợp với độ tối ưu
hiện có của nó cộng với việc càng làm đơn giản hóa hoặc tăng năng suất khả năng sử dụng
phổ băng tần là một trong những giải pháp để giúp công nghệ quang ngày càng thể hiện sự
ưu việt và thay thế dần những môi trường truyền dữ liệu khác. “Cải thiện dung lượng hệ thống
VLC sử dụng điều chế Nyquist PAM kết hợp mạng nơ ron” là một hướng nghiên cứu mới,
ứng dụng các kỹ thuật khác nhau nhằm tăng hiệu suất sử dụng băng thông trong một hệ thống
bị giới hạn. Đây cũng là một hướng nghiên cứu được quan tâm bởi nhiều nhà khoa học và tổ
chức khoa học trong thời gian gần đây.
Luận văn tập trung vào thiết kế ba hệ thống nhằm có sự so sánh một cách khách quan
và cụ thể nhất. Với hệ thống Nyquist PAM thông thường, việc dùng bộ giải điều chế PAM sẽ
có ưu điểm là sự đơn giản hóa của máy phát và máy thu. Tuy nhiên, đánh đổi lại là việc hiệu
suất băng thông sẽ thấp nhất. Phát triển lên nữa chính là hệ thống Nyquist PAM dùng nơ rơn
để giải điều chế tín hiệu, hệ thống này là sự cân bằng giữa sự phức tạp và việc tăng hiệu suất
sử dụng phổ lên cao. Cuối cùng, luận văn sẽ thiết kế thêm một hệ thống OFDM là hệ thống
phổ biến nhất và có hiệu suất sử dụng phổ cao để xem rằng, điểm thuận lợi và mặt hạn chế
của từng hệ thống đồng thời kiểm chứng một cách rõ ràng nhất giữa các hệ thống với nhau.

GVHD: TS.Phạm Quang Thái

II 6


Luận vãn thạc sỹ

HVTH: Dương Nguyễn Thành Thái

2019

ABSTRACT
In the recent years, the era of massive informational transmission is booming. The radio
envữonment is becoming more and more cramped. Accordingly, the technology almost
reaches the maximum capacity which is allowed to transmit. Therefore, the redirection to find
a new environment, less afected by existing electric field because of too many active devices.
Optical technology has been proven to be an excellent candidate over the years and so, many
research work focuses on improving the quality, performance or capacity of optical channel.
The conclusion is that, with optical technology, combined with its existing
optimizationcapabilities plus simplifying or increasing the spectral usability is one of the
solution for that help optical technology increasingly shows the superiority and gradually
replace other transmission environments. “Improve capacity of VLC system using Nyquist
PAM modulation and neural network” is a new research direction, applying different
techniques to increase the efficiency of bandwidth usage in a system bandwidth limit.
The thesis focuses on design of three systems in order to have the most objective and
clear comparison. With the conventional Nyquis PAM system using the PAM demodulator,
there is an advantage of the simplicity of the transmitter and receiver. However, the trade-off
is the lowest bandwidth performance. Futher development is the PAM Nyquist system using
mạng nơ ron for signal demodulation, this system is a balance between complexity and
increased usage. Finnally, the thesis will design a OFDM system wich is the most popular
and efficent system to conclude the advantages and disadvantages of these system.

GVHD: TS.Phạm Quang Thái

II 2


Luận vãn thạc sỹ

HVTH: Dương Nguyễn Thành Thái

2019

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, do TS. Phạm Quang Thái
hướng dẫn.
Các lý thuyết, thông số được trình bày trong luận văn được trích dẫn từ các tài liệu khoa
học được công bố bởi các tổ chức uy tín. Các kết quả mô phỏng được trình bày trong luận văn
là kết quả trung thực và do tôi thực hiện.
Tp. Hồ Chí Minh, ngày 23 tháng 06 năm 2019

Dương Nguyễn Thành Thái

GVHD: TS.Phạm Quang Thái

II 3


Luận vãn thạc sỹ

HVTH: Dương Nguyễn Thành Thái

2019

MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ TỪ VIẾT TẮT ......................................................... 6
Danh mục bảng số liệu ....................................................................................................10
CHƯƠNG 1 ..................................................................................................................... 11
MỞ ĐẦU ......................................................................................................................... 11
1.1 Lý do chọn đề tài ...................................................................................................11
CHƯƠNG 2 ..................................................................................................................... 15
CƠ SỞ LÝ THUYẾT ......................................................................................................15
2.1.1 Xu hướng tăng trưởng, phát triển của hệ thống thông tin quang VLC ................. 15
2.1.2 Các nghiên cứu liên quan ..................................................................................... 19
2.1.3 Những vấn đề còn tồn đọng.................................................................................. 21
2.1.4 Kết luận ................................................................................................................ 21
2.2

Sơ đồ khối hệ thống Nyquist +Mạng nơ rơn ......................................................... 22

2.3

Line Coding ........................................................................................................... 26

2.3.1

Non return to zero (NRZ) ................................................................................ 28

2.3.2

Return to zero (RZ) ......................................................................................... 29

2.3.3

Nhận xét chung ................................................................................................ 31

2.4

Các khối chức năng trong hệ thống .......................................................................31

2.4.1

Khối PAM-M Mapping ................................................................................... 31

2.4.2

Khối Up-sampling ........................................................................................... 32

2.4.3

Khối OLED .....................................................................................................33

2.4.4

Photodiode .......................................................................................................35

2.5

Bộ lọc Nyquist ....................................................................................................... 38

2.6

Lý thuyết về kênh truyền quang.............................................................................41

2.6.1
2.7

Đáp ứng xung và hàm truyền của kênh truyền quang .....................................43

Thuật toán Neural - Network [20] .........................................................................45

2.7.1

Tổng quang ......................................................................................................45

2.7.2

Huấn luyện Mạng nơ rơn bằng thuật toán di truyền ngược[20] ..................... 50

2.7.3

Những lưu ý khi dùng thuật toán Mạng nơ ron[21] ....................................... 51

GVHD: TS.Phạm Quang Thái

II 4


Luận vãn thạc sỹ

2.7.4
2.8

HVTH: Dương Nguyễn Thành Thái

2019

Áp dụng mô hình Neural vào hệ thống Nyquist PAM của đề tài .................. 53

Hệ thống OFDM..................................................................................................... 56

2.8.1
2.8.2

Nguyên lý làm việc ......................................................................................... 57
Các khối chức năng trong hệ thống ................................................................. 58

CHƯƠNG 3 ..................................................................................................................... 61
KẾT QUẢ ........................................................................................................................ 61
3.1

Thông số mô phỏng ................................................................................................ 61

3.2

Lưu đồ giải thuật .................................................................................................... 61

3.2.1

NyquistPAM - Bộ giải điều chế PAM ............................................................ 61

3.2.2 NyquistPAM - mạng nơ rơn ................................................................................. 63
3.2.3
3.3

OFDM ............................................................................................................. 64

BER ........................................................................................................................ 65

CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ................................................ 94
4.1 Kết luận .................................................................................................................... 94
4.2 Hướng phát triển ...................................................................................................... 96
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................. 100

GVHD: TS.Phạm Quang Thái

II 5


Luận vãn thạc sỹ

HVTH: Dương Nguyễn Thành Thái

2019

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ TỪ VIẾT TẮT

Viết tắt

Tiếng Anh

Tiếng Việt

VLC

Visible Light Communication

Truyền thông tin quang qua ánh sáng
khả kiến

LED

Light Emitting Diode

Đi ốt hấp thụ ánh sáng

5G

Fifth generation

Mạng di động thế hệ thứ 5

FAA

Federal Aviation Administration

Cục hàng không liên bang Mỹ

FCC

Federal Communication Commision ủy bang truyền thông liên bang Mỹ

RF

Radio Frequency

Sóng điện từ

Li-Fi

Light Fidelity

Mạng không dây sử dụng ánh sáng
khả kiến

NN

Orthogonal frequency-division
Multiplexing
Neural Network

Ghép kênh phân chia theo tân số trực
giao
Mạng Nơ ron

QAM
DSP

Quadrature amplitude modulation
Digital Signal Processor

Điều chế biên độ trực giao
Xử lý tín hiệu số

PAM

Pulse Amplitude Modulation

Điều chế biên độ xung

SNR

Signal to noise Ratio

Tỷ số tín hiệu trên nhiễu

NLOS

Non Light Of Sight

Ánh sáng truyền không thấy nguồn

LOS

Light Of Sight

Ánh sáng truyền thấy nguồn

FOV

Field Of View

Tầm nhìn

IFFT-FFT

Inverse Fast fourier Tranform - Fast
Fourier Tranform

Biến đổi fouier (ngược) nhanh

OFDM

GVHD: TS.Phạm Quang Thái


Luận vãn thạc sỹ

HVTH: Dương Nguyễn Thành Thái

2019

DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1: Mô hình truyền dữ liệu VLC .................................................................................. 16
Hình 2: Dung lượng mobile qua các năm ............................................................................ 17
Hình 3: Tăng trưởng toàn cầu lưu lượng dữ liệu di động được được dự đoán .................... 17
Hình 4: Băng thông của VLC .............................................................................................. 18
Hình 5: ứng dụng của VLC trong việc liên lạc thông tin dưới nước ................................... 19
Hình 6: Mô hình của hệ thống Nyquist PAM + Mạng nơ ron ............................................. 22
Hình 7: Các loại mã đường truyền ....................................................................................... 27
Hình 8: Dạng tín hiệu của mã Uni-Polar NRZ .................................................................... 28
Hình 9: Dạng tín hiệu mã Uni - Polar RZ ............................................................................ 29
Hình 10: Dạng tín hiệu mã polar RZ ................................................................................... 30
Hình 11: Dạng tín hiệu bi - polar RZ ................................................................................... 31
Hình 12: : Khối PAM-M Mapping ...................................................................................... 32
Hình 13: Nhiệm vụ của khối upsampling ............................................................................ 33
Hình 14: Tránh mất tín hiệu do sự co lại của phổ tín hiệu .................................................. 33
Hình 15: Đáp ứng tần số của OLED .................................................................................... 35
Hình 16: Bộ thu quang PDA36 của thorlab ......................................................................... 36
Hình 17: Đặc tuyến đáp ứng theo bước sóng ...................................................................... 37
Hình 18: Băng thông thực tế của bộ pre-emphasis + OLED+ Photodiode ......................... 37
Hình 19: Đáp ứng xung của bộ lọc rectangular ............................c là hệ thống đã bắt đầu overfitting, đặc biệt khi ở vị trí d = 0.4, 0.45, 0.6,
0.75 và 0.9 thì BER của hệ thống 32 node lớn hơn nhiều so với 8 node. Chứng tỏ: hệ thống ở
số lượng 32 node đã không còn phù hợp với đề bài.
• So sánh với việc dùng 1 hidden layer

Hình 56: Sự ảnh hưởng của việc dùng 1 hidden layer lên BER
GVHD: TS.Phạm Quang Thái

83


Luận văn thạc sỹ

HVTH: Dương Nguyễn Thành Thái

2019

BER OF LAYERS
d(m)

0

Giải điều chế
PAM

0

NN - 2 layer

0

NN -1 layer

0.15

0.4

0.45

0.6

0.75

0.9

0.004

0.0063

0.0143

0.0314

0.05

0.0001 0.0005

0.0011

0.0016

0.0048

0.0141

0.0347

0.0035

0.0049

0.0154

0.0312

0.0559

0.0004

0.001 0.0012

0.3
0.0016

0.0066

Bảng 17: Sự ảnh hưởng của việc dùng 1 hidden layer lên BER


Nhận xét

Dựa vào kết quả mô phỏng. Nếu ta để số lượng hidden layer là 1 thì BER của hệ thống sẽ
tăng lên, tuy nhiên cũng không quá lớn và vẫn đạt hiệu suất 3bps/Hz. Với vị trí d = 0.3, việc
dùng 1 lớp hidden hệ thống sẽ đạt BER = 0.0035 và đây cũng chính là điểm tối ưu của khối
mạng nơ rơn trong việc dùng một hidden layer. Ngoài ra, ta cũng thấy rằng việc dùng 1
hidden layer với việc dùng khối giải điều chế PAM là gần như giống nhau trong các trường
hợp vị trí khác nhau.


So sánh vói việc không dùng bias

GVHD: TS.Phạm Quang Thái

84


Luận văn thạc sỹ

HVTH: Dương Nguyễn Thành Thái

2019

BER OF BIAS

position d(m)

Hình 57: Ảnh hưởng của bias lên BER của hệ thống
BER OF BIAS
d(m)

0

0.15

0.3

0.4

0.45

0.6

0.75

0.9

Không bias

0

0

0.0005

0.0007

0.001

0.0059

0.0182

0.035

0

0.0001

0.0011

0.0016

0.0048

0.0141

0.0347

Có bias

0.0005

Bảng 18: Anh hưởng của bias
ền BER của hệ thông
• Nhận xét
Với việc bỏ bias đi khi ta sử dụng. Những vị trí thấp như d = 0, 0.15 việc không có bias tức
là những trường hợp có nhiễu tác động ít thể hiện sự tốt hơn so với việc có dùng bias. Tuy
nhiên, khi vị trí d lên 0.6 0.75 và 0.9 thì việc sử dụng bias có tác dụng tốt hơn không dùng
bias. Nó thể hiện khi nhiễu tăng cao, các biên độ tín hiệu càng cách xa nhau thì việc sử dụng
bias giúp cho nội hàm của khối nơ ron dể điều chỉnh để phù hợp hơn với các

GVHD: TS.Phạm Quang Thái

85


Luận vãn thạc sỹ

HVTH: Dương Nguyễn Thành Thái

2019

luồng tín hiệu đầu vào thực tế. Một phần lý do là nếu không có bias, bộ thông số w của khối
nơ ron không thể thoát khỏi điểm [0 0..0]T nên khiến cho nội hàm của khối nơ ron khi nhiễu
tác động lên càng lớn, các biên độ của tín hiệu thực càng cách xa nhau thì khiến khối nơ rơn
này không thể nào “theo” được các điểm bên dưới.

0.5

0.0

no bias
Hình 58:units
Minh họa với nội hàm của mạng nơ rơn khi không có bias
Với việc không dùng bias, nội hàm có khối Mạng nơ rơn khó làm phù hợp với các tín hiệu
thực có biên độ xa nhau do nhiễu lớn, do không thoát được khỏi điểm [0 0 ... 0]T

no bias units

with bias
Hình 59: Minh họa với nội hàm của mạng nơunits
ron khi có bias
Với việc dùng bias, nội hàm của khối Mạng nơ ron dễ làm phù hợp hơn với các hiệu thực có
biên độ xa nhau cho dù nhiễu tác động mạnh vào tín hiệu.

GVHD: TS.Phạm Quang Thái


Luận văn thạc sỹ

HVTH: Dương Nguyễn Thành Thái

2019

• Khảo sát BER theo tỷ số Es/NO
• 4-PAM:
Es/No OF4-PAM
0 016 I--------------- r ---------------------------- r-------------- ’ -------------- T-

0 012 - V’
11

ty 0008

oooe - \\
0 004 -

0 002 ■■

&|

0

2

------------------ 1 ------------------- 1 ------------------- 1------------------- i ------------------ 1_

4

6
ẼỵNỢ tdB>

6

10

Hình 60: Khảo sát BER theo tỷ số Es/NO của bộ 4-PAM
BER OF 4-PAM
Es/NO

17.04 16.64

15.23

13.78

13.31

9.09

4-PAM
DE

0

0

0.0001 0.00085 0.0012 0.0015

4-PAM
NN

0

0

0.0001

0.001

5.53

2.07

0.3

0.003

0.0041

0.013

0.0012 0.0018 0.0037 0.0054 0.0142

Bảng 19: Khảo sát BER theo tỷ số Es/NO của bộ 4-PAM

GVHD: TS.Phạm Quang Thái

87


Luận văn thạc sỹ

HVTH: Dương Nguyễn Thành Thái

2019

• Nhận xét
Với việc giảm tỷ số Es/NO khiến cho tỷ số BER tăng lên đáng kể. Với tỷ lệ Es/NO đạt 5.53dB,
BER của hệ thống đạt ngưỡng cho phép là 0.003 với việc dùng bộ PAM giải điều chế và
0.0037 với việc dùng bộ PAM - NN. Ngoài ra, ta nhận thấy rằng khi dùng bộ 4- PAM thì việc
yêu cầu Es/NO giảm xuống đang kể và cho phép hệ thống có thể hoạt động tốt ở các điều kiện
nhiễu cao hơn, bằng việc chỉ cần yêu cầu tỷ sổ Es/NO khoảng 2dB hệ thống vẫn có thể đáp
ứng tốt các yêu cầu đề bài bằng việc dùng bộ PAM - DE hoặc bộ PAM - NN. Với 4-PAM thì
việc khác nhau giữa 2 hệ thống là không đáng kể so với nhau.
• 8-PAM:
O.OS

2

4

B

8

10
Es/MỌ(dB)

12

u

18

10

OOtó

GVHD: TS.Phạm Quang Thái

88


Luận văn thạc sỹ

HVTH: Dương Nguyễn Thành Thái

2019

OM

Q GO5

003

UJ OCKS m
0 02
•0.015

OM

0.0«

0

Hình 61: Khảo sát BER theo tỷ số Es/NO của bộ 8-PAM

GVHD: TS.Phạm Quang Thái

89


Luận văn thạc sỹ

HVTH: Dương Nguyễn Thành Thái
2019

BER OF 8-PAM
Es/NO
(dB)

17.15

8-PAM
DE
8-PAM
NN

15.87

14.76

12.76

12.14

7.56

6.07

3.01

0

0.0004 0.0016

0.004

0.0063

0.0143

0.0314

0.05

0

0.0001 0.0005

0.0011

0.0016

0.0048

0.0141

0.0347

Bảng 20: Khảo sát BER theo tỷ sô Es/NO của bộ 8-PAM
• Nhận xét
Khi tỷ lệ Es/NO bị giảm, tức là nhiễu ở những trường hợp này được tăng một cách đáng kể.
Điều này khiến cho tỷ lệ lỗi bit BER tăng cao với tốc độ lớn và khiến hệ thống không còn phù
hợp với yêu cầu đề bài nếu tỷ số Es/NO thấp. Việc lựa chọn tỷ số Es/NO tùy theo yêu cầu của
bài toán. Ở đây với việc dùng 8-PAM cộng với khối Mạng nơ ron, Es/NO không được phép
nhỏ hơn 7.56dB để vẫn đạt được tốc độ mong muốn.

GVHD: TS.Phạm Quang Thái


Luận văn thạc sỹ

HVTH: Dương Nguyễn Thành Thái
2019

• 16-PAM:

Hình 62: Khảo sát BER theo tỷ số Es/NO của bộ 16-PAM
BEROF16-PAM
Es/NO
(dB)

17.49

16.75

14.88

13.00

12.04

8.82

5.32

1.91

PAM16 DE

0.0458

0.0448 0.0491

0.0564

0.0612

0.067

0.0937

0.1144

PAM
16-NN

0.0349

0.0389 0.0423

0.0435

0.0439

0.0593

0.0787

0.1072

Bảng 21: Khảo sát BER theo tỷ số Es/N 0 của bộ L6-PAM

• Nhận xét
Với việc dùng 16-PAM. Bằng việc thay đổi các giá trị Es/NO vẫn không đáp ứng được yêu
cầu đề bài do yêu cầu truyền số lượng bits per symbol khá cao: 4bps/Hz. Tuy nhiên 90
GVHD: TS.Phạm Quang Thái


Luận văn thạc sỹ

HVTH: Dương Nguyễn Thành Thái
2019

ta vẫn nhận ra được rằng, với cùng 1 giá trị Es/NO, việc dùng bộ NN vẫn cho thấy tỷ số
BER tốt hơn so với việc dùng bộ Giải điều chế PAM. Kết luận rằng: với vùng một yêu cầu
tỷ số Es/NO cho trước, việc dùng NN ở khoảng BER là lữ2 vẫn tốt hơn nhiều so với bộ Giải
điều chế PAM.
3.4 Dạng phô của tín hiệu
spectrum of nyuist Filter
---------- 1 ---------------- 1 -------------- 1 ----------------- 1

----------

1
1

-

level
(V)

n

■»■Ề

<

Frequency (Hz)
325Khz

Hình 63: Phổ biên độ của Nyquist Filter

GVHD: TS.Phạm Quang Thái


Luận vãn thạc sỹ

HVTH: Dương Nguyễn Thành Thái

2019

Spectrum Nyquist And OLED

Frequency F (Khz)

Hình 64: Phổ bộ lọc Nyquist so sánh với đáp ứng OLED
Phổ tín hiệu tổng hợp sau khi ra khỏi OLED đã qua kênh truyền VLC và bị nhiễu cộng vào:
Spectrum of Signal
T '---------------1 -------------- 1—

Frequency F (Khz)

325

Hình 65: Phổ của biên độ tín hiệu qua kênh truyền VLC.

GVHD: TS.Phạm Quang Thái

92


Luận văn thạc sỹ

HVTH: Dương Nguyễn Thành Thái
2019

• Nhận xét
Đáp ứng của OLED kết hợp với mạch pre-emphasis không phẳng trong khi đó đáp ứng của
bộ lọc Nyquist khá đẹp và được thể hiện rõ như bên trên, vì vậy đáp ứng tổng khi qua OLED
và đến kênh truyền VLC hầu như theo đáp ứng của OLED và nó có dạng như hên. Xét về mặt
tần số, đáp ứng của kênh truyền chỉ đạt 325Khz và vì vậy khiến cho tốc độ bit tối đa có thể
đạt được là: 975Kbps cho hệ thống NyquistPAM kết hợp với Mạng nơ ron ở vị trí d = 0.45.
Cũng khá phù hợp với yêu cầu của luận văn vì so với OFDM, Nyquist PAM giúp hệ thống
trở nên đơn giản và không bị ảnh hưởng của các hiệu ứng trôi tần số so với OFDM.

GVHD: TS.Phạm Quang Thái


Luận vãn thạc sỹ

HVTH: Dương Nguyễn Thành Thái

2019

CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIÊN
4.1 Kết luận

Đầu tiên, ta nhận thấy rằng: Việc áp dụng nơ ron lên hệ thống Nyquist PAM thay cho bộ Giải
điều chế PAM sẽ giúp cho hệ thống tối ưu hơn trong việc sử dụng hệ thống này thực tế. Đặc
biệt, khi ở những biên mà hệ thống Nyqusist PAM thông thường có BER lớn hơn yêu cầu của
luận văn. Lúc đó, hệ thống này phải giảm đi hiệu suất sử dụng băng thông xuống lbps/Hz để
BER trở về dưới mức ngưỡng, trong khi đó nếu áp dụng khối nơ ron thì hệ thống vẫn đạt BER
theo yêu cầu. Vì vậy, ở những khoảng biên này, hiệu suất sử dụng của NyquistPAM + NN sẽ
lớn hơn lbps/Hz so với hệ thống NyquistPAM thường.
Tiếp đến, ta cũng nhận ra rằng: việc áp dụng hệ thống NyquistPAM + nơ rơn ở những vị trí
mà BER của hệ thống này gần đạt mức ngưỡng yêu cầu thì hiệu suất sử dụng băng thông của
hệ thống này so với OFDM là gần như tương đương nhau. Vì vậy, ở những vị trí này, ta nên
sử dụng hệ thống này vì ưu điểm đơn giản của Nyquist PAM và sự thông minh của Mạng nơ
ron. Tuy nhiên, chỉ cần ra khỏi khoảng tối ưu này thì hệ thống NyquistPAM lập tức thể hiện
mặt bất lợi của nó đó là không linh hoạt trong việc thay đổi hiệu suất sử dụng băng thông so
với OFDM, vì vậy khi ra khỏi những khoảng này thì hiệu suất sử dụng băng thông của OFDM
lập tức lớn hơn nhiều so với NyquistPAM.
Đánh đổi lại việc có lợi về hiệu suất sử dụng băng thông thì hệ thống OFDM khiến cho hệ
thống tổng thể ưở nên phức tạp hơn và theo đó nó dễ bị tác động bởi nhiễu. Ngoài ra, OFDM
rất dễ nhạy cảm với offset tần số, chỉ cần một sai lệch nhỏ về tần số (ví dụ như hiệu ứng
dopler) cũng khiến tập sóng mang con mất đi tính trực giao và vì vậy nó kéo theo một loạt
khó khăn cho máy thu:

GVHD: TS.Phạm Quang Thái

94


Luận vãn thạc sỹ

HVTH: Dương Nguyễn Thành Thái

2019

o Tại máy thu, sẽ rất khó khăn trong việc quyết định vị trí định thời tối ưu để giảm ảnh

hưởng của ICI và ISI.
o Tỷ số công suất đỉnh trên công suất trung bình PAPR (Peeak to Average Power

Ratio) lớn vì tín hiệu OFDM là tổng của N thành phần được điều chế bởi các tần
số khác nhau. Khi các thành phần này đồng pha, chúng tạo ở ngõ ra một tín hiệu
có biên độ rất lớn. Ngược lại, khi chúng ngược pha, chúng lại triệt tiêu nhau làm
ngõ ra bằng 0. Chính vì vậy, PAPR trong hệ thống OFDM là rất lớn.
Ngược lại so với OFDM, hệ thống Nyquist PAM là hệ thống đơn sóng mang. Nên hầu như
không bị ảnh hưởng bởi hiệu ứng dopler nhiều cho dù offset tần số có cao đi chăng nữa. Ngoài
ra, do việc hệ thống chỉ sử dụng bộ lọc Nyquist kết hợp với Mạng nơ rơn nên rất đơn giản để
thực hiên tại máy thu.
Một điều thuận lợi được thể hiện thêm là: khi áp dụng bộ nơ rơn, hệ thống có khả năng thích
nghi với các ảnh hưởng của môi trường, ta chỉ cần huấn luyện lại bộ nơ rơn trong từng điều
kiện môi trường thì nó có thể học một cách tốt nhất việc môi trường thay đổi. Ví dụ, khi môi
trường trong nhà ta sẽ có 1 bộ thông số w khác, khi môi trường ngoài trời, ta sẽ có một bộ w
khác. Cứ training một cách liên tục này thì sẽ giúp hệ thống luôn thích nghi bất kỳ với điều
kiện nào, ngoài ra: Ví dụ khi thay đổi kiểu điều chế như chuyển từ PAM sang QAM hoặc
chuyển từ 8-PAM sang 16-PAM. Ta cũng chỉ việc train lại bộ này mà không cần thay đổi
nhiều về hệ thống. Vì vậy, việc kết hợp với sự đơn giản của NyquistPAM cộng với sự “thông
minh” của hệ thống Mạng nơ rơn sẽ cho ra hệ thống hoàn toàn phù hợp để thay thế cho hệ
thống OFDM.
4.2 Hướng phát triển
Do thời gian hạn chế nên luận văn vẫn còn thiếu sót, dưới đây trình bày một số hướng phát
triển của luận văn.

GVHD: TS.Phạm Quang Thái

95


Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Tải bản đầy đủ ngay

×