MỞ ĐẦU Tr0ng các hệ thống truyền thông, lốc độ lỗi sit (bETI) là thông số quan trọng nhất lr0ng việc đánh giá hiệu suất của hệ thống. Thuật l0án MOnte carl0 trở thành công cụ mô phỏng hiệu quả các thông số này. Tuy nhiên, với các hệ thống phức lạp lrên thực lế, phơjơng pháp MOnte carl0 cé dién trở nên sất lợi, d0 thời gian cần để thực hiện một mô phỏng và đạt đojợc một ơiớc lojong dang tin cậy về hiệu suất của hệ thống †hoJờng rất dài. Việc ơiớc lojợng các sự kiện có xác suất lỗi thấp, hay các sự kiện hiếm bằng cách sử dụng trực liếp các kỹ thuật mô phỏng M0nte carl0 †hoJờng đòi hỏi số lần thực hiện rất lớn.
Một phoJơng pháp mới dựa lrên kỹ thuật MOnite carl0 đã chỉnh sửa, gọi là kỹ thuật lấy mẫu †he0 trọng số (IS) đã đojợc các nhà nghiên cứu đề xuất và doja và0 sử dụng tr0ng nhiều năm qua. IS là kỹ thuật có khả năng cải thiện thời gian chạy mô phỏng lrên máy lính, và cung cấp mội ciớc lojợng bET thu đojợc có phojơng sai nhỏ hơn diớc lơiợng the0 kỹ thuật Mc có thời gian mô phỏng lơjơng đơJơng. Hhận lhức đojợc những sất lợi của phoJơng pháp mô phỏng M0On‡e carl0 và hiệu quả của kỹ thuật lấy mẫu †he0 trọng số †r0ng việc đánh giá hiệu suất của hệ thống truyền thông số, em chọn viết khóa luận lối nghiệp với đề fai: "PhơJơng pháp mô phỏng nhanh và một vài áp dụng". Khóa luận gồm 4 choJơng với những nội dung sau: chojong 1: Téng quan chojong2: M6 phong MOnte carl0 uhanh chojong3: Ứng dụng của kỹ thuật IS chơJơng4: Kết quả mô phỏng Đây là vấn đề loJơng đối khó và đang đơxợc nghiên cứu rộng rãi, dO kiến thức còn hạn hẹp, khóa luận này không tránh khỏi những thiếu sói.
Em rất m0Óng nhận đojợc sự đánh giá, góp ý của các thầy cô giá0, các bạn sinh viên và những ngoiời quan lâm đến nội dung của sản khóa luận này. chŒJƠIIG 1 TỎIIG QUATI 1. Vai trò của việc đánh giá bET rÚng các hệ thống viễn thông Tr0ng các hệ thống truyền thông số, lốc độ lỗi si! (bET) là thông số quan trọng nhất tr0ng việc đánh giá chất lojợng của dojong truyền dữ liệu. Khi truyền qua hệ thống, tín hiệu có thể sị lỗi lr0ng quá lrình truyền, làm ch0 tín hiệu thu đojợc sị sai lệch sO voi tin hiệu san đầu.
bET của một hệ thống có thê đơiợc định nghĩa là xác suất ojớc loợng sii sị lỗi khi truyền qua hệ thống, nghĩa là nếu phát đi si I, nơi thu sẽ nhận đojợc si† 0 và ngojợc lại. Tr0ng các thử nghiệm Thực lễ, BET doc đ0 sằng việc phái các si! qua hệ thống và đếm số sil lỗi thu dojgc. Tỉ số cua sé sit 16i thu đơjợc trên tổng số Bit truyền đi đơiợc gọi là BET. Ví dụ, lốc độ lỗi si! của hệ thống là 105, nghĩa là khi truyền 105 si† dữ liệu qua kênh truyền, sẽ xuất hiện 1 si† lỗi lại nơi thu.
chat lojong cua 6c lojgng bET lăng khi lổng số si! đojợc phái đi lăng. Tỷ số bET là phép đ0 cơ sản nhất về hiệu suất của hệ thống, d0 vậy chất lolợng của hệ thống hầu hết đojợc xác định sằng việc đánh giá bET. Đây là một tr0ng những vấn đề chính tr0ng việc nghiên cứu, thiết kế các dojong lruyền và mạng viễn thông. Việc áp dụng các kỹ thuật phân tích để đánh giá hiệu suất của các hệ thống truyền thông số phức lạp là rất khó và yêu cầu mô hình hệ thống phải đojợc đơn giản hóa.
Mặt khác, việc xây dựng các cầu lrúc phần cứng thojong lốn rất nhiều thời gian, chỉ phí, và không có lính linh h0ại. D0 vậy, các phojơng pháp mô phỏng lrên máy lính, đặc piệt là phoJong pháp MOnle carl0 lrở thành công cụ hiệu quả lr0ng việc ojớc lojợng hiệu suất bET của hệ thống. Vai rò mô phỏng M0nte carl0 để oj6¢ lojgng BET 1. Vai rò mô phỏng M0nte carl0 Tr0ng các hệ thống truyền thông số phức lạp, kỹ thuật mô phỏng MOnie carl0 dojgc ding để đánh giá hiệu suất bET.
các hệ thống ngày nay h0ạt động tr0ng các môi †rojờng đơjợc đặc lroing sởi nhiễu ISI, sự không luyến lính, lính đa đơjờng, fading, và hàng l0Oại ảnh hojởng khác. D0 vậy, mô phỏng Mc lrở thành một phoj|ơng pháp khả lhi đối với các hệ thống lhực lế. Tính linh hOat va kha năng miêu lả các đặc lính của hệ thống không thể thực hiện sằng các kỹ thuật phân lích, trở thành hai ly d0 chính của việc áp dụng rộng rãi phơIơng pháp Mc. Hhắc lại một số khái niệm cơ sản [1] 1.
Tan xuattojong déi Gc lojong Mc 1a qué trình ơiớc lojợng giá lrị của mội thông số sằng cách thực hiện một thí nghiệm ngẫu nhiên và dựa rên khái niệm lần xuất loơng đối của xác suất. Tr0ng việc định nghĩa lần xuất loJơng đối, trojớc liên phải xác định rõ thí nghiệm ngẫu nhiên và sự kiện đáng quan lâm. The0 lý thuyết xác suất, kết quả của thí nghiệm ngẫu nhiên không thê đơyợc dự đ0án chính xác, nhoỊng có thé đojợc xác định thống kê. Thí nghiệm ngẫu nhiên cơ sản nhất là lung một đồng xu, sẽ có 2 khả năng xảy ra {ngửa, sắp}.
[Hiếu đồng xu là cân sằng (unsias) hOặc nhất quán (c0nsislen), thì mỗi sự kiện tr0ng lập {ngửa, sắp} xảy ra với xác suất pang nhau và các kết quả là độc lập. Xét! ví dụ mội hệ thống truyền thông số, thí nghiệm ngẫu nhiên là việc truyền một si! nhị phân 1, và sự kiện quan lâm là lỗi xảy ra lr0ng quá trình truyền. Kết quả lại lối ra của sộ thu là một oiớc lơjợng của ký hiệu nhị phân đơjợc phát đi, sẽ là si! 0 hOặc 1. Việc xác định bET của hệ thống liên quan lới việc ơiớc lolợng xác suất có điều kiện của việc nhận đơjợc bit O khi si† 1 đojợc phát đi.
Tr0ng phojJơng pháp Mc, thí nghiệm ngẫu nhiên đơiợc thực hiện với số lần H rất lớn. Ta đếm số lần HẠ loJơng ứng với sự kiện A cần quan lâm. Xác suất của sự kiện A đơiợc xấp xỉ pang lần xuất lojơng đối của sự kiện: Pr( A) = fim 4 (1.1) ox N 5 Tr0ng việc ơiớc lojợng xác suất lỗi r0ng hệ thống truyền số, II là tổng sé bit hOac ky hiệu (đơiợc truyền qua hệ thống h0ặc đơiợc mô phỏng) và HẠ là số lỗi (đoyợc đ0 hOặc đơjợc mô phỏng). Với II < œ, IIA/II là một oJớc lơiợng của Pr(A).
Clớc loiợng này đojợc siểu diễn là Pr(A). DO thi nghiệm là ngẫu nhiên, với II hữu hạn, HẠ sẽ là biến ngẫu nhiên, và d0 Êr(4) là mội siến ngẫu nhiên. Thống kê của biến ngẫu đó, nhiên này xác định độ chính xác của oJớc lojợng và chất loiợng của việc mô phỏng. các ơjớc lơjợng cân bằng Dé trở nên hữu dụng, các ojớc lojợng Mc phải †h0ả mãn đặc lính cân Bang.
Đó là, nếu  là ơiớc lojợng của A, thì E{  } = A. Hói cách khác, lính trung sình, ta thu dojgc két quả đúng. Giả sử rằng mô phỏng Mc đơiợc thực hiện một số lần, lạ0 ra mội lập các g oc lojong cia siến ngẫu nhiên cần quan lâm. Tõ ràng, chúng †a m0ng muốn các oiớc lojợng này có một phoJơng sai nhỏ.
IIếu các ojớc lojợng là cân sằng và có phojơng sai nhỏ, việc oJớc lojợng sẽ 1a0 ra các oJớc lojợng mà hợp lại thành giá tri đúng của thông số cần đojợc ojớc lojợng, và khOảng cách giữa các ojớc lojợng sẽ nhỏ. Việc xác định phơJơng sai của oJớc lojợng Mc the0 phân lích là mội nhiệm vụ khó, trừ khi các sự kiện là độc lập thống kê. Tuy nhiên, phojơng sai của các giá tri đojợc ojớc loợng giảm khi độ dài chạy mô phỏng (số lần lặp lại thí nghiệm ngẫu nhiên) lăng. các ơJớc lojong thỏa mãn đặc lính này là nhất quán.
Đối với các ojớc lolợng nhất quán, ø ” » 0 khi IT > œ, tr0ng đó II là số lần lặp lại thí nghiệm ngẫu nhiên. Với cdc joc lolợng cân sằng và nhất quán, lỗi e = A -  có trị trung sình sằng 0, và phơJơng sai lỗi o hội lụ lới 0 khi II —> œ. Tích phân MOnte carl0 all: Giả sử la muốn đánh giá lích 1 I= ] g(x)dx (1.2) tr0ng đó g(x) là hàm sị giới hạn trên dải tich phân. Từ lý thuyết xác suất cơ sản, giá lrỊ kỳ vọng (rung bình l0àn bộ) của hàm g(x) là: Eig(X) f= [eœ)ƒ v()dx (1.3) tr0ng đó fx(x) là ham mật độ xác suất của biến ngẫu nhiên X.
Méu hàm mật độ của X thỏa mãn fx(x) = 1 lr0ng kh0ảng (0,1) va Bang 0 ở kh0ảng khác, thi E{gŒX)} = I. ch0 U là siến ngẫu nhiên có phân số đồng nhất †r0ng kh0ảng (0,1) thì: I=E{g(U)) (1.4) Sử dụng các argument lần xuất lojgng đối, có thể viết: g( ) =E{g(U)}=I (1.5) lim zt IT 30 I i=0 U | D0 vậy, la mô phỏng lích phân để lấy mẫu hàm số lại II điểm trOng khoang (0,1). Giá trị trung sình của các mẫu cung cấp một oiớc lojlợng ch0 giá trị của tích phân. Hiếu việc lấy giới hạn †r0ng (1.5) bi sai, việc xấp xỉ các kết quả luôn đơjợc thực hiện lr0ng các ứng dung thuc #é.
biéu diễn sự xấp xỉ này sởi /ˆ la0 ra: Jw#( )=Ï (1.6) déi voi cdc osc lojomg Mc cua tích phân. Ilói 46m lai, oj6¢ lojong chO tich phân đojợc thực hiện sằng việc đánh giá hàm g(x) lại II điểm ngẫu nhiên phân số đồng nhất và lẫy trung sình. Quá trình có thể đojợc áp dụng ch0 bat ky tich phan a0. Áp dụng ch0 hệ thống huyền lhông Để giớc loợng hiệu suất của mội hệ thống truyền thông số sử dụng mô phỏng Mc, II ký hiệu đojợc truyền qua hệ thống và đếm số lỗi truyền II.
lc lojomg cua xác suất lỗi là: p= ’ 11 Gia sir méi frojong kémh 18 AWGITI (mhiéu Gauss trang cong tinh).7) kiện lỗi xuất hiện d0 nhiễu kênh là độc lập và số lỗi II; tr0ng quá trình truyền II ký hiệu đoợc miéu 4 bằng phân số nhị thức: 10 pT y (ET pie yk (1.8) Fp e Ï | E E ải vˆ ( m 1m tr0ng đó: = (1.9) (#7) dT)! là hệ số nhị thức và Pr là xác suất lỗi tr0ng một lần truyền. Tri trung bith va phojong sai cua biến ngẫu nhiên có phân số nhị thức la: E{ He} = TIPE (1.11) Sử dụng các kết qua trOng (1.7), tri trung sình của oJớc lojợng Mc ch0 xác suất lỗi là: E {PB Th (1.12): EY ya Pr_p (1.13) Pr H chứng lỏ oJớc lolợng Mc của xác suất lỗi là cân sằng. Phojơng sai của ojớc E lơợng Mc ch0 xác suất lỗi: 2 Ø 1, Op.15) chứng lỏ ojớc loiợng là nhất quán, d0 phojơng sai giảm khi II —> œ.