ƯỚC TÍNH THAM SỐ VÀ ĐÁNH
GIÁ HIỆU NĂNG


Tổng quan:
• Các tham số hiệu năng của hệ thống thơng tin

• Ước tính các tham số hiệu năng
• Thực hiện mô phỏng hệ thống viễn thông


Các tham số hiệu năng của hệ thống thơng tin
•
•
•
•

Tỷ số tín hiệu trên nhiễu trung bình
Xác suất dừng
Dung lượng dừng của kênh truyền
Xác suất lỗi bit


Các tham số hiệu năng của hệ thống thơng tin
• Tỷ số tín hiệu trên nhiễu trung bình
• Tỷ số tín hiệu trên nhiễu trung bình viết đầy đủ là tỷ số cơng suất tín hiệu trên cơng suất
nhiễu trung bình là một tham số hiệu năng cơ bản của hệ thống thơng tin vơ tuyến
• Đặc biệt hữu dụng khi hệ thống sử dụng kỹ thuật phân tập.
• Tỷ số tín hiệu trên nhiễu trung bình được định nghĩa như sau:

với P là công suất của máy phát,  là độ lợi kênh truyền trung bình và N 0 là công

suất nhiễu tại máy thu.


Các tham số hiệu năng của hệ thống thơng tin
• Xác suất dừng
• Xác suất dừng là tham số hiệu năng quan trọng cho phép đánh giá hiệu năng của hệ
thống thông tin mà không cần biết loại điều chế sử dụng.
• Xác suất dừng được định nghĩa là xác suất đối với lý thuyết và tỷ lệ đối với mơ phỏng
mà dung lượng chuẩn hóa của kênh truyền nhỏ hơn tốc độ dịch vụ mong muốn (hay yêu
cầu) cho trước R , cụ thể:

với

là hàm phân bố xác suất tích lũy của tỷ số tín hiệu trên nhiễu
là ngưỡng dừng.

và


Các tham số hiệu năng của hệ thống thơng tin
• Xác suất dừng
• Hệ thống một anten phát và một anten thu (Single Input Single Ouput - SISO) hoạt động
ở kênh truyền fading Rayleigh có xác suất dừng như sau:


Các tham số hiệu năng của hệ thống thơng tin
• Dung lượng dừng của kênh truyền
• Dung lượng Shannon của kênh truyền là tham số chính của một hệ thống, cho biết tốc độ
lý thuyết truyền thông tin tối đa của hệ thống mà khơng lỗi.
• Ở kênh truyền nhiễu trắng, dung lượng Shannon có cơng thức sau:


với B là băng thơng kênh truyền có đơn vị là Hz, thường B =1 để tính dung lượng
chuẩn trên 1 Hz băng thông.


Các tham số hiệu năng của hệ thống thơng tin
• Dung lượng dừng của kênh truyền
• Ở kênh truyền fading Rayleigh, dung lượng Shannon trung bình có thể tính theo công
thức:

với

và


Các tham số hiệu năng của hệ thống thơng tin
• Xác suất lỗi bit
• Xác suất lỗi bit là tham số hiệu năng quan trọng của hệ thống thông tin, liên quan trực
tiếp đến chất lượng dịch vụ của hệ thống.
• Xác suất lỗi bit của điều chế BPSK ở kênh truyền nhiễu trắng là:

• Xác suất lỗi bit trung bình của điều chế BPSK ở kênh truyền fading Rayleigh được tính
như sau:


Các tham số hiệu năng của hệ thống thơng tin
• Xác suất lỗi bit
• Tỷ lệ lỗi bit trung bình của hệ thống ở kênh truyền fading Rayleigh có thể viết tổng
quát như sau:


với

và

là các hệ số điều chế, phụ thuộc vào kiểu điều chế và mức điều chế.


Ước tính các tham số hiệu năng
• Giới thiệu về phương pháp Monte Carlo
• Ước tính tỷ số tín hiệu trên nhiễu trung bình
• Ước tính dung lượng hệ thống
• Ước tính xác suất dừng
• Ước tính tỷ lệ lỗi bit/symbol


Ước tính các tham số hiệu năng
• Giới thiệu về phương pháp Monte Carlo
• Monte Carlo là một phương pháp đánh giá/kiểm chứng tính chất hay đặc điểm hệ thống
khảo sát bằng các biến giả ngẫu nhiên và hàm truyền trên máy tính.
• Phương pháp Monte Carlo cho hệ thống truyền thơng thường qua ba bước như sau:
• Bước 1: Khởi tạo ngõ vào bằng các biến giả ngẫu nhiên.
• Bước 2: Đưa tín hiệu ngõ vào vào hàm thể hiện đặc tính của tồn hệ thống

• Bước 3: Đo đạc kết quả đáp ứng ở ngõ ra và lặp lại hai bước trên đến khi kết quả mô
phỏng là tin cậy.


Ước tính các tham số hiệu năng
• Giới thiệu về phương pháp Monte Carlo
• Đặc điểm của phương pháp Monte Carlo khi ước lượng hiệu năng hệ thống viễn thơng:

• Kết quả của phương pháp này càng chính xác (tiệm cận về kết quả đúng) khi số lần
thử hay số lượng bước lặp tăng lên.
• Hiệu quả của phương pháp này tăng khi mức độ phức tạp của hệ thống tăng.
• Phù hợp để ước lượng hiệu năng các hệ thống truyền thông phức tạp, đặc biệt ở lớp
vật lý và có thể chưa biết được hiệu năng chính xác.
• Thời gian mô phỏng phụ thuộc vào mức độ phức tạp và mức độ tính tốn của mơ
hình mơ phỏng.
• Khi số lần thử khơng đủ thì kết quả mơ phỏng sẽ khơng chính xác, theo định lý giới
hạn trung tâm.
• Có thể sử dụng kết quả mơ phỏng để kiểm chứng hay định hướng cho các kết quả
khi dùng phương pháp khác.


Ước tính các tham số hiệu năng
• Ước tính tỷ số tín hiệu trên nhiễu trung bình
• Tỷ số tín hiệu trên nhiễu trung bình có thể ước lượng bằng cách lấy trung bình của tỷ số
tín hiệu trên nhiễu tức thời trong thời gian mô phỏng hay số lần mơ phỏng.
• Gọi N là số lần mơ phỏng, ta có:

với

là tỷ số tín hiệu trên nhiễu tức thời tại lần thứ n.


Ước tính các tham số hiệu năng
• Ước tính tỷ số tín hiệu trên nhiễu trung bình
• Ví dụ 6.1: Ước lượng tỷ số tín hiệu trên nhiễu trung bình của hệ thống SISO ở kênh
truyền fading Rayleigh, có cơng suất phát là P , độ lợi kênh truyền trung bình là  và so
sánh với lý thuyết.



Ước tính các tham số hiệu năng
• Giải: Mã nguồn Matlab


Ước tính các tham số hiệu năng
• Giải: Kết quả mơ phỏng

Tỷ số tín hiệu trên nhiễu trung bình của hệ thống SISO
trên kênh truyền fading Rayleigh


Ước tính các tham số hiệu năng
• Ước tính tỷ số tín hiệu trên nhiễu trung bình
• Ví dụ 6.2: Biết rằng tỷ số tín hiệu trên nhiễu trung bình của hệ thống kết hợp lựa chọn
(selection combiner) hai kênh là  SC

3
=  với  là tỷ số tín hiệu trên nhiễu trung bình
2

của kênh. Hãy viết chương trình mô phỏng hệ thống và so sánh với kết quả lý thuyết.


Ước tính các tham số hiệu năng
• Giải: Chương trình Matlab


Ước tính các tham số hiệu năng
• Giải: Kết quả mơ phỏng


Tỷ số tín hiệu trên nhiễu trung bình của hệ thống SC
hai kênh trên kênh truyền fading Rayleigh


Ước tính các tham số hiệu năng
• Ước tính tỷ số tín hiệu trên nhiễu trung bình
• Ví dụ 6.3: Biết rằng tỷ số tín hiệu trên nhiễu trung bình của hệ thống kết hợp theo tỷ lệ
tối ưu (maximal ratio combiner) N kênh là

với

là tỷ số tín hiệu trên nhiễu

trung bình của kênh thứ n. Hãy viết chương trình mô phỏng hệ thống và so sánh với kết
quả lý thuyết.


Ước tính các tham số hiệu năng
• Giải: Chúng ta xem xét kỹ thuật MRC 3 kênh với độ lợi kênh truyền của từng kênh lần lượt
là [1 2 3].


Ước tính các tham số hiệu năng
• Giải: Kết quả mơ phỏng

Tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu trung bình của hệ thống MRC trên kênh truyền
fading Rayleigh



Ước tính các tham số hiệu năng
• Ước tính dung lượng hệ thống
• Tương tự như tỷ số tín hiệu trên nhiễu trung bình, dung lượng hệ thống tại nút thu có thể
được ước lượng bằng cách lấy trung bình của dung lượng trên nhiễu tức thời theo số lần
thử.
• Dung lượng trung bình của hệ thống khi thực hiện mô phỏng là:


Ước tính các tham số hiệu năng
• Ước tính dung lượng hệ thống
• Ví dụ 6.4: Sử dụng mơ hình hệ thống và kênh truyền tương tự như Ví dụ 1, uớc lượng
dung lượng hệ thống ở:
a. Kênh truyền nhiễu trắng.
b. Kênh truyền fading Rayleigh
c. So sánh với kết quả lý thuyết.