Đồ án tốt nghiệp: ĐIỀU CHẾ CHỈ MỤC CHO TRUYỀN THÔNG KHÔNG DÂY 6G

HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG KHOA VIỄN THÔNG I ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC ĐỀ TÀI: ĐIỀU CHẾ CHỈ MỤC CHO TRUYỀN THÔNG KHÔNG DÂY 6G Giảng viên hướng dẫn : PGS.TS Đặng Thế Ngọc Sinh viên thực : Nguyễn Đức Kiên Lớp : D17CQVT04-B Mã sinh viên : B17DCVT196 Khóa : 2017-2022 Hệ : Đại học quy Hà Nội, tháng 12 năm 2021 Đồ án tốt nghiệp Đại học Lời cảm ơn LỜI CẢM ƠN Trải qua thời gian tập trung nghiên cứu, cuối em hoàn thiện đạt kết định đồ án tốt nghiệp Những kết khơng đến từ cố gắng, nỗ lực thân, mà cịn có hỗ trợ giúp đỡ Thầy hướng dẫn, bạn bè, gia đình Em xin bày tỏ tình cảm chân thành trước hỗ trợ giúp đỡ Đầu tiên, em xin gửi lời biết ơn sâu sắc tới PGS.TS Đặng Thế Ngọc định hướng nghiên cứu hướng dẫn em thực nhiệm vụ nghiên cứu suốt thời gian thực đồ án Cảm ơn Thầy quan tâm bảo tận tình khơng cho riêng em mà cịn cho nhóm đồ án tốt nghiệp Em xin trân trọng cảm ơn thầy, Khoa Viễn thơng I dìu dắt, đưa chúng em đến bến bờ tri thức suốt khoảng thời gian học tập trường Cảm ơn ban Lãnh đạo Học viện Cơng nghệ Bưu Viễn thơng cô CBCNV tạo điều kiện thuận lợi cho em trình học tập làm đồ án tốt nghiệp Cuối cùng, em xin chân thành cảm ơn gia đình ln hậu phương vững cho em động lực học tập, rèn luyện suốt năm qua Hà Nội, tháng 12 năm 2021 Nguyễn Đức Kiên – D17CQVT04-B i Đồ án tốt nghiệp Đại học Mục lục MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i MỤC LỤC i DANH MỤC CÁC HÌNH i THUẬT NGỮ VIẾT TẮT iii LỜI MỞ ĐẦU CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ MẠNG 6G 1.1 Hiện trạng mạng 5G Việt Nam giới 1.1.1 Hiện trạng mạng 5G giới 1.1.2 Hiên trạng mạng 5G Việt Nam 1.2 Tổng quan mạng 6G 10 1.2.1 Tầm nhìn yêu cầu 6G 11 1.2.2 Các số kỹ thuật kì vọng 6G .12 1.2.3 Một vài ứng dụng 6G 14 1.2.4 Xu hướng công nghệ thách thức 20 1.2.5 Kiến trúc tổng quát mạng 6G 23 1.3 Kết luận chương 29 CHƯƠNG 2: KĨ THUẬT ĐIỀU CHẾ CHỈ MỤC 30 2.1 Đặt vấn đề 30 2.2 Khái niệm nguyên tắc hoạt động điều chế mục 30 2.3 Các ứng dụng điều chế mục 31 2.3.1 Điều chế mục cho ăng-ten phát: Điều chế không gian (Spatial Modulation) .32 2.3.3 Điều chế mục cho sóng mang OFDM (OFDM-IM) 40 2.4 Các thách thức việc nghiên cứu phát triển IM 45 2.5 Kết luận chương 46 CHƯƠNG 3: MÔ PHỎNG VÀ ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG HỆ THỐNG OFDM-IM 47 3.1 Mơ hình tham số mơ 47 3.2 Kết mô đánh giá hiệu hệ thống 47 3.3 Các tiến gần OFDM-IM 53 3.4 Kết luận chương 55 KẾT LUẬN 56 TÀI LIỆU THAM KHẢO 57 Nguyễn Đức Kiên – D17CQVT04-B i Đồ án tốt nghiệp Đại học Danh mục DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1: Tốc độ phát triển 5G giới (Nguồn: Internet) Hình 1.2: Lịch sử phát triển mạng di động (Nguồn: Internet) 10 Hình 1.3: 6G với phạm vi phủ sóng tồn cầu sâu 12 Hình 1.4: Các ứng dụng thiết yếu truyền thông THz 14 Hình 1.5: Thành phố thơng minh 15 Hình 1.6: Trị chơi thực tế ảo 16 Hình 1.7: Thực phẫu thuật từ xa 17 Hình 1.8: Mơ hình giao tiếp xúc giác từ xa 19 Hình 1.9: Phân tích thở người quang phổ mmWave/THz [4] 19 Hình 1.10: Các cơng nghệ tiềm cho mạng 6G [5] 20 Hình 1.11: Các chiều khác kiến trúc tổng quát mạng 6G [6] 24 Hình 1.12: Sự khác biệt QUIC TCP 28 Hình 2.1: (1) Mơ hình bản, (2) Các loại mục, (3) ứng dụng IM [7] 31 Hình 2.2: Sơ đồ khối thu phát SM cho hệ thống MIMO 𝑛𝑇 × 𝑛𝑅 [7] 33 Hình 2.3: So sánh khoảng cách Euclid bình phương tối thiểu (𝑑𝑚𝑖𝑛⁡) lược đồ SM, ESM, QSM SIMO cho cấu hình khác [3] 38 Hình 2.4: Tổng quan hệ thống SM hợp tác (a) SM hai chặng (b) SM hợp tác (c) SM mã hóa mạng (d) SM đa chuyển tiếp phân tán 39 Hình 2.5: Sơ lược hệ thống OFDM-IM (a) Cấu trúc máy phát (b) Cấu trúc máy thu (c) Hai thủ tục lựa chọn mục khác [7] 42 Hình 3.1: BER hệ thống OFDM-IM OFDM truyền thống (K=1, N=4) 48 Hình 3.2: BER hệ thống OFDM-IM OFDM truyền thống (K=3, N=4) 48 Hình 3.3: Đường lý thuyết OFDM 49 Hình 3.4: Hiệu hệ thống OFDM-IM mức điều chế khác 50 Hình 3.5: SEP trung bình OFDM-IM với ML GD so với OFDM [9] 50 Hình 3.6: Ảnh hưởng M IEP trung bình OFDM-IM sử dụng ML [9] 51 Hình 3.7: Ảnh hưởng K lên SEP trung bình OFDM-IM sử dụng ML GD [9] 52 Hình 3.8: So sánh SEP trung bình ML GD OFDM-IM 52 Hình 3.9: Hiệu suất BER chưa mã hóa lược đồ MIMO-OFDM-IM MIMO-OFDM cổ điển [8] 54 Nguyễn Đức Kiên – D17CQVT04-B i Đồ án tốt nghiệp Đại học Danh mục DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1: KPI 6G so với 5G [3] 13 Bảng 1.2: So sánh công nghệ truyền thông không dây khác 26 Bảng 2.1: Các véc-tơ truyền 𝑥𝑇 lược đồ SM, ESM QSM bpcu hai ăng-ten phát (𝑛𝑇 = 2) [8] 36 Nguyễn Đức Kiên – D17CQVT04-B ii Đồ án tốt nghiệp Đại học Danh mục THUẬT NGỮ VIẾT TẮT Từ viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt AAN Airborne Access Networks Mạng truy nhập không AR & VR Augmented Reality Virtual Reality Thực tế tăng cường thực tế ảo BER Bit Error Rate Tỉ số lỗi bít bpcu Bit per channel use Bít kênh sử dụng CP Cyclic Prefix Tiền tố tuần hoàn DAC Digital to Analog Chuyển đổi số sang tương tự DSP Digital Signal Processing Xử lý tín hiệu số EE Energy Efficiency Hiệu lượng EI Edge Intelligence Trí thông minh biên ENM Intelligence Management ERLLC/eURLLC Enhanced Ultra-Reliable, Low-Latency & Network Quản lý mạng thông minh Truyền thông độ trễ thấp, độ tin cậy siêu cao Communication FEC Fix Error Code Mã sửa lỗi FeMBB Futher Enhanced Mobile Băng thông rộng tăng cường Broadband FSO Free Space Optical Quang học không gian tự GSFIM Generalized Frequency Modulation HAP High-Altitude Platforms Nền tảng độ cao cao HTS High Throughput Satellite Hệ thống vệ tinh thông lượng cao IEP Index Error Probability Xác xuất lỗi số IM Index Modulation Điều chế mục ISL Inter-satellite Links Các liên kết vệ tinh IR Infrared Tia hồng ngoại Nguyễn Đức Kiên – D17CQVT04-B SpaceIndex Điều chế số không gian-tần số tổng quát iii Đồ án tốt nghiệp Đại học Danh mục LAP How-altitude Platforms Nền tảng độc cao thấp LDPC Low-Density Parity Check Mã kiểm tra chẵn lẻ mật độ thấp LLR Log-likelihood Ratio Tỷ lệ khả xảy LoS Line-of-Sight Tầm nhìn thẳng LP Linear Polarization Phân cực tuyến tính M2M Machine-to-Machine Máy với máy MAC Medium Access Control Điều khiển truy nhập trung bình MC Molecular Communication Giao tiếp phân tử MCIK Multi-carrier Index Keying Khóa mục đa sóng mang MIMO Multiple Output Đa đầu vào đa đầu MMSE Minimum Error OFDM Orthogonal Input Multiple Square Sai số bình phương trung bình tối thiểu Frequency Ghép kênh phân chia theo tần Mean Division Multiplexing số trực giao QoE Quality of Experience Chất lượng trải nghiệm QoS Quality of Service Chất lượng dịch vụ QUIC Quick UDP Connections RTIE Real-time Intelligent Edge Biên thông minh thời gian thực RF Radio Frequency Tần số vô tuyến SAN Space-based Internet Access Networks Kết nối Internet UDP nhanh chóng Mạng truy nhập dựa khơng gian Mạng đường trục dựa không gian SBN Space-based Network SDN Software-defined Networking Mạng định nghĩa phần mềm SE Spectral Efficiency Hiệu phổ SEP Symbol Error Probability Xác xuất lỗi kí hiệu Nguyễn Đức Kiên – D17CQVT04-B Backbone iv Đồ án tốt nghiệp Đại học SISO Single –input and Single- Danh mục Đơn đầu vào đơn đầu output SNR Signal to Noise Ratio Tỉ số tín hiệu nhiễu STIN Space-terrestrial Integrated Mạng tích hợp khơng gian-mặt network đất TN Terrestrial Networks Mạng mặt đất umMTC Ultra Massive Machine Type Communication Kỹ thuật truyền thông dạng máy hàng loạt UV Utraviolet Tia tử ngoại Nguyễn Đức Kiên – D17CQVT04-B v Đồ án tốt nghiệp Đại học Lời mở đầu LỜI MỞ ĐẦU Theo chu kỳ, hệ mạng di động thường triển khai sau 10 năm, mạng di động hệ thứ (6G) dự đoán đưa vào khai thác thương mại năm 2030 nhằm thỏa mãn kỳ vọng mà mạng 5G chưa đáp ứng được, song song với cơng nghệ định nghĩa giai đoạn sau Nhìn chung, mạng 5G mong đợi mang tới tốc độ liệu cao, dung lượng lớn độ trễ thấp nhằm hỗ trợ đa dạng ứng dụng phân loại thành ba nhóm dịch vụ mà 5G cung cấp Dựa kiến trúc mạng 5G, mạng 6G giai đoạn đầu kế thừa đạt từ 5G cải tiến để hoàn thiện toàn mạng 6G tổng thể Các hệ mạng xuất đòi hỏi kỹ thuật hay công nghệ phải áp dụng OFDM phương thức điều chế sử dụng cho mạng 4G 5G, hướng tới 6G nhà nghiên cứu kì vọng có phương thức điều chế để nâng cao hiệu hệ thống, số kể đến phương thức Điều chế mục cho OFDM (OFDM-IM) Với lí đó, em chọn đề tài “Điều chế mục cho truyền thông không dây 6G” để làm sáng tỏ OFDMIM hiệu so với OFDM truyền thống Bố cục đề tài bao gồm 03 chương: Chương I: Tổng quan mạng 6G Chương II: Kỹ thuật điều chế mục Chương III: Mô đánh giá hiệu hệ thống OFDM-IM Do đề tài nghiên cứu đối tượng công nghệ mạng 6G chưa chuẩn hóa thức nên chắn xây dựng nội dung có nhiều khiếm khuyết Em hi vọng nhận nhiều ý kiến đóng góp thầy giáo, giáo hội đồng phản biện để em bổ sung hoàn thiện nội dung Em xin trân trọng cảm ơn! Nguyễn Đức Kiên – D17CQVT04-B Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương Tổng quan mạng 6G CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ MẠNG 6G 1.1 Hiện trạng mạng 5G Việt Nam giới 1.1.1 Hiện trạng mạng 5G giới Theo [1], tốc độ phát triển 5G nhanh mà chun gia viễn thơng dự đoán Báo cáo GSA (Global Mobile Suppliers Asociation - Hiệp hội nhà cung cấp di dộng tồn cầu), tính đến tháng 12/2020, có 64 quốc gia vùng lãnh thổ triển khai thương mại diện rộng 5G, nhiều nước khác tiến hành triển khai 5G dạng thử nghiệm Báo cáo GSA dự báo mạng 5G đạt tỷ thuê bao 3,5 năm, so với 4G phải năm chí 12 năm 3G Bắc Mỹ (North America), Châu Âu (EU) Đông Á (East Asia) coi quốc gia đầu việc cung cấp dịch vụ 5G Đầu tư phát triển công nghệ 5G đẩy mạnh quốc gia từ Nam đến Đông Nam Á quốc gia khu vực Nam Mỹ Kinh nghiệm triển khai 5G giới [1] Trong báo cáo GSA cơng bố vào 24/3/2021, tính đến hết quý 4/2020, có gần 5,95 tỷ thuê bao mạng LTE toàn giới, tăng thêm 507 triệu thuê bao sau 12 tháng, tốc độ tăng trưởng đạt 9,3% so với kỳ năm trước Theo thống kê, thuê bao LTE chiếm 62.2% tổng số thuê bao toàn cầu Cũng theo báo cáo này, thuê bao 5G tăng 57% quý 4/2020 với mức đạt 401 triệu thuê bao phạm vi toàn cầu (chiếm gần 4,19% tổng số thuê bao toàn cầu) Theo số liệu dự báo Omdia thuê bao di dộng toàn cầu đạt 10.92 tỷ thuê bao vào năm 2025 Trong đó, LTE đạt đỉnh mặt chia sẻ thị trường công nghệ với 64,4% vào cuối năm 2021 đạt 6,33 tỷ thuê bao vào cuối năm 2022 Từ năm 2023, thị phần LTE dự báo giảm dần khách hàng chuyển sang dùng công nghệ 5G Theo thống kê, giai đoạn 2021-2025, thị phần thị trường đại diện thuê bao GMS giảm từ 11,7% xuống 5% thị phần công nghệ W-CDMA giảm từ 17% xuống 10,4% Vào cuối năm 2025, thuê bao 5G đạt 31% thị trường toàn cầu (khoảng 3,39 tỷ thuê bao 5G), thuê bao LTE chiếm 53,3% thị phần toàn cầu Theo Báo cáo GSA (3/2021), có 153 doanh nghiệp viễn thơng triển khai thương mại 5G 64 quốc gia vùng lãnh thổ phạm vi toàn cầu Số liệu vào tháng 3/2021 GSA cho thấy: • Có 807 doanh nghiệp viễn thông triển khai thương mại mạng LTE (Dịch vụ băng thông rộng không dây di động), có: 421 doanh nghiệp triển khai dịch vụ không dây cố định LTE, 744 doanh nghiệp triển khai đầy đủ dịch vụ di động LTE; 245 doanh nghiệp có giấy phép cho dịch vụ Nguyễn Đức Kiên – D17CQVT04-B Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương Kĩ thuật điều chế mục bít thơng tin mang IM có xác suất lỗi thấp so với bít chịm M-ary thơng thường • Nhờ IM, OFDM-IM cung cấp hiệu suất tốt OFDM cổ điển tốc độ đạt ergodic • Do ngừng hoạt động số sóng mang có sẵn, OFDM-IM không làm giảm tỷ lệ công suất đỉnh trung bình (PAPR) mà cịn chống nhiễu sóng mang (ICI) mạnh so với OFDM truyền thống • OFDM-IM phù hợp với thiết lập MIMO, MU tính di động cao giao tiếp OW, xe cộ, máy với máy (M2M), thiết bị với thiết bị (D2D) hệ thống truyền thông âm nước (UWA: Under-Water Acoustic) cung cấp lợi hấp dẫn so với hệ thống truyền thống dựa OFDM • Những cải tiến cung cấp sơ đồ OFDM-IM hiệu suất BER tính linh hoạt hệ thống đa sóng mang tổng thể tăng thêm cách sử dụng biến thể OFDM-IM tổng quát/nâng cao, đề xuất 1-2 năm qua Như thấy trên, OFDM-IM kèm với lợi hấp dẫn cho mạng không dây hệ Mặt khác, OFDM-IM có số nhược điểm đưa sau: • Hiệu quang phổ OFDM-IM đơn giản cạnh tranh với OFDM cổ điển để tăng thứ tự điều chế sóng mang khơng hoạt động trước Do đó, khoảng hoạt động có lợi OFDM-IM so với OFDM cổ điển mặt hiệu phổ bị hạn chế Mặt khác, cấu trúc OFDM-IM tổng quát/nâng cao thu hiệu suất phổ cao khắc phục hạn chế • Hiệu suất lỗi khơng mã hóa/mã hóa OFDM-IM thường OFDM cổ điển giá trị SNR thấp Đây xu hướng phổ biến quan sát thấy lược đồ dựa IM hợp lệ cho OFDM-IM • Độ phức tạp phát tách sóng ưu OFDM-IM cao đáng kể so với OFDM cổ điển Tuy nhiên, tách sóng dựa tính tốn LLR có độ phức tạp thấp cung cấp độ phức tạp tương đương, với giá phải trả hiệu suất lỗi • Việc xác định số sóng mang hoạt động vấn đề việc tăng kích thước khối số lượng mẫu kích hoạt sóng mang tăng cách tổ hợp Nguyễn Đức Kiên – D17CQVT04-B 44 Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương Kĩ thuật điều chế mục • Các lược đồ OFDM-IM OFDM thể hiệu suất PAPR giống ký hiệu đầu vào Gaussian Tương tự, OFDM-IM vượt trội OFDM cổ điển tỷ lệ đạt ký hiệu đầu vào Gaussian 2.4 Các thách thức việc nghiên cứu phát triển IM Là kỹ thuật xuất hiện, có nhiều vấn đề thách thức cần giải cho IM mà thảo luận IM không gian IM không gian triển khai cho nhóm ăng-ten thay ăng-ten riêng lẻ Điều áp dụng cho trường hợp số lượng ăng-ten phát lớn số lượng ăng-ten thu phải kết hợp với tiền mã hóa, bit thơng tin bổ sung điều chế số nhóm, nâng cao SE IM miền tần số IM miền tần số thực cách gán nhiều chế độ cho sóng mang OFDM Trong hệ thống OFDM-IM có, có hai chế độ phép, NULL chịm M-ary thông thường, thân chế độ NULL mang thông tin Chỉ định nhiều chế độ cho sóng mang phụ phương tiện hữu hiệu để cải thiện SE IM miền thời gian IM miền thời gian đặc biệt thích hợp cho việc truyền đơn sóng mang kênh fading nhanh Nhớ lại tín hiệu truyền qua miền tần số đơn sóng mang (SC-FDE) có liên quan đến đầu vào chòm hữu hạn miền tần số thơng qua IFFT Việc loại bỏ số mẫu tín hiệu SC-FDE không gây ảnh hưởng đáng ý đến hiệu suất hệ thống Vì biến dạng bù đắp mức độ Các số mẫu bị loại bỏ sau sử dụng để mang thông tin bổ sung Các tài nguyên tiềm cho IM Cho đến thời điểm tại, nguồn tài nguyên thời gian, không gian tầm số chưa khai thác cách triệt để, chúng cần khám phá nghiên cứu thêm Ngồi thiết kế IM kịch truyền thơng tại, việc nghiên cứu ứng dụng tiềm kịch khác hệ thống liên lạc cấp nguồn không dây, thông tin không dây đồng thời truyền điện, đa truy nhập không trực giao bao gồm vấn đề thú vị thách thức cần nghiên cứu thêm Trong thiết lập đa truy nhập, dung lượng mạng tổng thể nên khảo sát cách tính đến tài nguyên chưa sử dụng Điều làm nảy sinh hướng khác có giá trị thiết thực cho nghiên cứu tương lai Nguyễn Đức Kiên – D17CQVT04-B 45 Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương Kĩ thuật điều chế mục 2.5 Kết luận chương Xem xét ưu nhược điểm trên, kết luận điều chế mục coi ứng cử viên sáng giá cho hệ thống truyền thông không dây tốc độ cao Hơn nữa, IM giải nhiều ứng dụng người dùng điều kiện kênh, dự kiến cho công nghệ truy nhập vô tuyến 6G Theo quan điểm này, IM có tiềm phù hợp tốt với hệ thống truyền thông M2M D2D mạng không dây hệ yêu cầu mức tiêu thụ điện thấp Nguyễn Đức Kiên – D17CQVT04-B 46 Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương Mô đánh giá hiệu hệ thống OFDM-IM CHƯƠNG 3: MÔ PHỎNG VÀ ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG HỆ THỐNG OFDM-IM 3.1 Mơ hình tham số mơ Mơ hình mơ Để giảm bớt độ phức tạp cho mô tập chung vào khác biệt OFDM OFDM-IM, mơ hình mơ lược bớt vài khối chức 𝑝1 bits Lựa chọn mục 𝑗1 p bits Điều chế M-ary m bits 𝑝2 bits 𝑝1 bits 𝑠1 OFDMIM 𝑥1 OFDMIM Bộ tạo khối Bộ tạo khối ⋮ Lựa chọn mục p bits Điều chế M-ary 𝑝2 bits 𝑗𝐺 𝑠𝐺 OFDMIM y x 𝑥𝐺 Phân tách tín hiệu nhận 𝑦1 𝑦𝐺 Bộ tách sóng ML m bits AWGN Bộ tạo khối thứ G Các tham số hệ thống: Ý nghĩa Giá trị Số mức điều chế PSK Tổng số sóng mang Số sóng mang hoạt động Tỉ số lượng bít thơng tin mật độ phổ cơng suất tạp âm Số kí hiệu khung OFDM 2,4,8 1,3,4 0:5:30 Kí hiệu M N K Eb/No nSymPerFrame 1e4 Lưu ý: Đối với OFDM-IM có N=K trường hợp OFDM truyền thống OFDM-IM hay cịn có tên gọi khác MCIK-OFDM (multi-carrier index keying-orthogonal frequency division multiplexing) 3.2 Kết mô đánh giá hiệu hệ thống Hiệu hệ thống thơng tin nói chung hệ thống OFDM-IM nói riêng thể qua mối quan hệ tỉ lệ lỗi bit BER thu theo tỉ số tín hiệu nhiễu SNR Eb/No Đường đặc tính biểu thị tỉ lệ sai sót giải mã tín hiệu máy thu trước mức độ ảnh hưởng môi trường nhiễu Kết mô so sánh hiệu OFDM-IM OFDM truyền thống: Trường hợp 1: K=1, N=4 với điều chế QPSK Nguyễn Đức Kiên – D17CQVT04-B 47 Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương Mô đánh giá hiệu hệ thống OFDM-IM Hình 3.1: BER hệ thống OFDM-IM OFDM truyền thống (K=1, N=4) Nhận xét: Từ Hình 3.1, quan sát kết tình mà số bít truyền khối OFDM Klog M = 4log = 8, số N bít truyền OFDM-IM log ( ) + Klog M = log ( ) + log = điều K hiển nhiên BER OFDM có phần truyền nhiều bít Trường hợp 2: K=3, N=4 với điều chế QPSK Hình 3.2: BER hệ thống OFDM-IM OFDM truyền thống (K=3, N=4) Nguyễn Đức Kiên – D17CQVT04-B 48 Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương Mô đánh giá hiệu hệ thống OFDM-IM Nhận xét: Hình 3.2 cho thấy tỉ số lỗi bít BER OFDM-IM trường hợp K=3, N=4 so với hệ thống OFDM truyền thống, số bít truyền N khối OFDM Klog M = 4log = OFDM-IM log ( ) + Klog M = K log ( ) + 3log = Trong trường hợp số bít truyền khối OFDM-IM OFDM tỉ lệ lỗi bit BER OFDM-IM cải thiện khoảng Eb/No từ 10 dB trở lên Hình 3.3 cịn cho thấy thêm tương quan đường OFDM lý thuyết so với OFDM OFDM-IM thực tế Hình 3.3: Đường lý thuyết OFDM Trường hợp 3: OFDM-IM với N=4, K=1 tình điều chế BPSK, QPSK 8-PSK Nguyễn Đức Kiên – D17CQVT04-B 49 Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương Mô đánh giá hiệu hệ thống OFDM-IM Hình 3.4: Hiệu hệ thống OFDM-IM mức điều chế khác Nhận xét: Hình 3.4 cho thấy việc thay đổi số mức điều chế có ảnh hưởng đáng kể đến BER hệ thống Cụ thể với số mức điều chế M thấp BER hệ thống cải thiện Ngồi ra, để có nhìn tổng qt mối quan hệ giá trị mô giá trị lý thuyết, tác giả Lương Văn Thiện cộng [9] có kết so sánh thông qua trường hợp mô khác nhau, cụ thể: Trường hợp 1: Xét hệ thống OFDM-IM có N=4, K=2, M=2 Hình 3.5: SEP trung bình OFDM-IM với ML GD so với OFDM [9] Nguyễn Đức Kiên – D17CQVT04-B 50 Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương Mô đánh giá hiệu hệ thống OFDM-IM Nhận xét: Hình 3.5 cho thấy xác xuất lỗi kí hiệu SEP (Symbol Error Probability) trung bình OFDM-IM với N=4, K=2, M=2, sử dụng tách sóng ML GD Cấu hình so sánh lược đồ OFDM-IM với OFDM cổ điển tốc độ liệu bps/Hz Cũng Hình 3.5, đường cong lý thuyết đường tiệm cận chặt chẽ kết mô loạt SNR Điều rõ ràng thấy, hệ thống OFDM-IM sử dụng tách sóng ML cho kết SEP trung bình tốt đáng kể so với OFDM sử dụng tách sóng GD OFDM cổ điển Trường hợp 2: Hệ thống OFDM-IM sử dụng ML với N=4, K=2 M={2, 4, 8, 16} Hình 3.6: Ảnh hưởng M IEP trung bình OFDM-IM sử dụng ML [9] Nhận xét: Hình 3.6 minh họa tác động số mức điều chế PSK lên IEP trung bình OFDM-IM sử dụng ML Hình 3.6 cho thấy rằng, số mức điểu chế M có ảnh hưởng khơng đáng kể đến hiệu suất IEP Trường hợp 3: Hệ thống OFDM-IM sử dụng tách sóng ML GD N=4, K={1, 3} M=2 Nguyễn Đức Kiên – D17CQVT04-B 51 Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương Mô đánh giá hiệu hệ thống OFDM-IM Hình 3.7: Ảnh hưởng K lên SEP trung bình OFDM-IM sử dụng ML GD [9] Nhận xét: Hình 3.7 mơ tả kết SEP OFDM-IM sử dụng ML GD giá trị K khác Chúng ta thấy OFDM-IM với N=4, M=2 cung cấp khác biêt mức tăng SNR 6.5dB tăng K từ tới Tuy nhiên K lớn cung cấp liệu cao Ngồi ra, Hình 3.7 cho thấy so với OFDM, mức tăng SNR OFDM-IM K=1 với ML đạt khoảng dB SEP 10−3 Trường hợp 4: Hệ thống OFDM-IM với ML GD N=2, K=1 M={2, 8, 16} Hình 3.8: So sánh SEP trung bình ML GD OFDM-IM Nguyễn Đức Kiên – D17CQVT04-B 52 Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương Mô đánh giá hiệu hệ thống OFDM-IM Nhận xét: Trong Hình 3.8 kết so sánh SEP trung bình hai tách sóng khác hệ thống OFDM-IM với giá trị M khác Ta thấy rằng, với M=2 ML vượt trội đáng kể so với GD với mức tăng khoảng 8dB SNR cao Trong đó, M tăng lên 16, SEP GD lại gần với giá trị ML Đăc biệt M=16, khoảng cách hiệu suất hai tách sóng khơng đáng kể Ngồi hình cịn xác nhận độ xác SEP tiệm cận, đặc biệt SNR cao 3.3 Các tiến gần OFDM-IM Khái niệm IM cho OFDM thu hút ý đáng kể từ nhà nghiên cứu thời gian gần khảo sát số nghiên cứu cập nhật nhằm giải hiệu suất lỗi phân tích dung lượng, nâng cao tối ưu hóa OFDMIM thích ứng với mơi trường khơng dây khác Trong phần này, xem xét hai đế xuất đầy hứa hẹn OFDM-IM: hệ thống OFDM-IM tổng quát MIMO-OFDM-IM Lược đồ OFDM-IM tổng quát Hai cấu trúc OFDM-IM tổng quát đề xuất gần cách sửa đổi lược đồ OFDM-IM gốc OFDM-GIM-I OFDM-GIM-II Trong lược đồ OFDM-GIM-I, số sóng mang hoạt động khơng cịn cố định xác định theo bít thơng tin Xem xét trường hợp N=4, K=2 với điều chế BPSK (M=2), có 𝑙𝑜𝑔2 (42) + 2𝑙𝑜𝑔2 𝑀 = bít truyền khối OFDM-IM, nghĩa có tổng cộng 4x22 =16 khối Mặt khác, xem xét tất mẫu kích hoạt (K ∈ {0, 1, 2, 3, 4}), điều có nghĩa số lượng sóng mang hoạt động nhận giá trị từ (tất sóng mang khơng hoạt động K=0) đến (tất sóng mang hoạt động K=4), xem xét tất giá trị có 𝑁 𝐾 thể có kí hiệu liệu M-ary, thu tổng cộng ∑𝑁 𝐾=0( )𝑀 =81 khả 𝐾 thực khối mà 𝑙𝑜𝑔2 81=6 bít truyền khối OFDM-GIM-I Do đó, lược đồ OFDM-GIM-I cung cấp linh hoạt cho việc lựa chọn sóng mang hoạt động truyền nhiều bít khối so với OFDM-IM Lược đồ OFDM-GIM-II mục đích để cải thiện hiệu suất phổ cách áp dụng IM độc lập cho thành phần pha vng góc kí hiệu liệu phức tạp tương tự lược đồ QSM Nói cách khác, sóng mang hoạt động cho thành phần, không hoạt động thành phần Xem xét trường hợp N=16, K=10 với điều chế PSK cầu phương (QPSK) (M=4), có 𝑙𝑜𝑔2 (16 ) + 10𝑙𝑜𝑔2 𝑀 = 32 bít truyền khối 10 Nguyễn Đức Kiên – D17CQVT04-B 53 Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương Mô đánh giá hiệu hệ thống OFDM-IM OFDM-IM Mặt khác, lược đồ OFDM-GIM-II cho phép truyền 𝑙𝑜𝑔2 (( 16 )(√𝑀)𝐾 ⁡ × 10 16 ) (√𝑀)𝐾 ) = 44⁡bít khối con, kết cao 37.5% so với OFDM10 IM Lưu ý rằng, thành phần pha cầu phương kí hiệu M-QAM phức tạp phần tử chòm điều chế biên độ xung (PAM), 𝑁 có tổng cộng ( )(√𝑀)𝐾 lần thực cho thành phần 𝐾 Từ SISO-OFDM-IM đến MIMO-OFDM-IM ⁡( Những nghiên cứu OFDM-IM thường tập trung vào hệ thống SISO điểm-điểm, khơng phù hợp với vài ứng dụng giới hạn hiệu suất phổ Gần hơn, truyền tải MIMO nguyên tắc OFDM-IM kết hợp để nâng cao hiệu suất phổ lượng lược đồ OFMD-IM Cụ thể, máy phát lược đồ MIMO-OFDM-IM bao gồm máy phát SISO-OFDM-IM ghép song song để hoạt động kênh fading chọn lọc tần số 𝑛 𝑇 × ⁡ 𝑛𝑅 MIMO Tại máy thu lược đồ MIMO-OFDM-IM, khung OFDM-IM truyền đồng thời phân tách giải điều chế sử dụng phương pháp tách sóng MMSE độ phức tạp thấp tách sóng dựa tính tốn LLR để xem xét số liệu thống kê tín hiệu nhận lọc MMSE Nó chứng minh thơng qua mơ máy tính điều hiệu suất lỗi cải thiện thiết kế hệ thống linh hoạt hơn, MIMO-OFDM-IM thay quan trọng cho MIMO-OFDM cổ điển, kĩ thuật mà đưa vào nhiều tiêu chuẩn khơng dây Hình 3.9: Hiệu suất BER chưa mã hóa lược đồ MIMO-OFDM-IM MIMO-OFDM cổ điển [8] Nguyễn Đức Kiên – D17CQVT04-B 54 Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương Mô đánh giá hiệu hệ thống OFDM-IM Hình ảnh kết cho ba cấu hình MIMO 𝑛 𝑇 × ⁡ 𝑛𝑅 : 2x2, 4x4 8x8 Các tham số hệ thống OFDM: M=2 (BPSK), N=4, K=2, 𝑁𝐹 =512, độ dài CP=16, kênh fading Rayleigh chọn lọc tần số, độ trễ nguồn đồng nhất, phương pháp tách sóng MMSE liên tiếp Trong Hình 3.9, đường cong biểu diễn hiệu suất BER chưa mã hóa MIMO-OFDM-IM lược đồ MIMO-OFDM loại V-BLAST cổ điển đưa cho ba cấu hình MIMO, hai lược đồ thu giá trị hiệu suất phổ giống Quan sát từ Hình 3.9, tỉ lệ tín hiệu nhiễu (SNR) cải thiện cách đáng kể lược đồ MIMO-OFDM-IM so với MIMO-OFDM cổ điển để đạt giá trị BER mong muốn Một lược đồ IM khác đề xuất gần đây, T.Datta [7] gọi điều chế số không gian-tần số tổng quát (GSFIM), kết hợp khái niệm OFDMIM nguyên lý GSM cách khai thác hai miền không gian tần số cho IM Lược đồ GSFIM chứng minh cung cấp cải tiến so với MIMO-OFDM tốc độ liệu hiệu suất BER đạt với phương pháp tách sóng ML cho chòm BPSK QPSK Tuy nhiên, việc thiết kế tách sóng có độ phức tạp thấp vấn đề cần phải nghiên cứu thêm tương lai 3.4 Kết luận chương Với lợi vượt trội so với phương pháp điều chế truyền thống, IM dần chứng minh cần thiết cho hệ thống thông tin di động hệ Các nhà nghiên cứu tổ chức nỗ lực để có nhìn rõ cơng nghệ tiên tiến này, điển hình nhiều báo cáo IM đời có kết hợp AI, Machine Learning vào IM Tuy nhiên, vấn đề nhiều thách thức thực tế cần nghiên cứu nhiều Nguyễn Đức Kiên – D17CQVT04-B 55 Đồ án tốt nghiệp Đại học Kết luận KẾT LUẬN Theo lộ trình, năm 2020 năm mạng 5G thương mại hóa mở rộng Việt Nam Tuy nhiên, ảnh hưởng đại dịch Covid-19 khiến kế hoạch bị gián đoạn đình trệ Dự kiến vào đầu năm 2022 đại dịch lắng xuống, nhà mạng Việt Nam tiến hành triển khai mở rộng quy mô mạng 5G Điều hiển nhiên vào năm tiếp theo, tổ chức nhà mạng lớn giới bắt tay vào việc chuẩn hóa mạng 6G Kỹ thuật điều chế mục kỹ thuật điều chế nhà nghiên cứu quan tâm đánh giá cao, có đặc điểm bật đáp ứng yêu cầu hệ mạng không dây Tuy nhiên, chưa thể kết luận sớm IM áp dụng cho truyền thông không dây 6G, để đạt điều phải trải qua rất nhiều thử nghiệm tổ chức cá c nhà nghiên cứu giới Không riêng IM, sau có xuất nhân tố khác tiềm IM hồn tồn bị loại bỏ Tất hướng đến mạng truyền thông không dây tối ưu tân tiến Hãy chờ đón tương lai đầy bất ngờ tạo nên mạng không dây hệ Nguyễn Đức Kiên – D17CQVT04-B 56 Đồ án tốt nghiệp Đại học Tài liệu tham khảo TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] TS Lê Minh Toàn - TS Dương Hải Hà (2021, June) [Online] http://www.cuctanso.vn/tin-tuc/Pages/thongtindidong5G.aspx?ItemID=2947 [2] Ying-Chang Liang, Shaohui Sun Shanzhi Chen, "Vision, Requirements, and Technology Trend of 6G: How to Tackle the Challenges of System Coverage, Capacity, User Data-Rate and Movement Communications PP(99):1-11, February 2020 Speed," IEEE Wireless [3] Salman Alqahtani Jagadeesha R Bhat, "6G Ecosystem: Current Status and Future Perspective," IEEE Access PP(99):1-1, January 2021 [4] Olaf Holz, Rembert Koczulla, Klaus Schmalz and Heinz-Wilhelm Hübers Nick Rothbart, "Analysis of Human Breath by Millimeter-Wave/Terahertz Spectroscopy," Sensors 19(12):2719, May 2019 [5] Ming Xiao, Yue Xiao, Shaoqian Li Yang Ping, "6G Wireless Communications: Vision and Potential Techniques," IEEE Network 33(4):70-75, July 2019 [6] Wu Yang, Jun Wu, Jin Ma Tongyi Huang, "A Survey on Green 6G Network: Architecture and Technologies," IEEE Access 7:1-1, December 2019 [7] MIAOWEN WEN, RAED MESLEH, MARCO DI RENZO, AND HARALD HAAS ERTUGRUL BASAR, "Index Modulation Techniques for NextGeneration Wireless Networks," IEEE Access, September 19, 2017 [8] Ertugrul Basar, "Index modulation techniques for 5G wireless networks," IEEE Communications Magazine ( Volume: 54, Issue: 7, July 2016), 2016 [9] T V Luong and Y Ko, "A tight bound on BER of MCIK-OFDM with greedy detection and imperfect CSI," IEEE Commun Lett., vol 21, no 12, pp 25942597, Dec 2017, [10] Ying-Chang Liang, Shaohui Sun, Shaoli Kang, Wenchi Cheng and Mugen Peng Shanzhi Chen, "Vision, Requirements, and Technology Trend of 6G: How to Tackle the Challenges of System Coverage, Capacity, User Data-Rate and Movement Speed," IEEE Wireless Communications, April 2020 Nguyễn Đức Kiên – D17CQVT04-B 57 Số: … … /KQKT-XHNV-TV Hệ thống hỗ trợ nâng cao chất lượng tài liệu KẾT QUẢ KIỂM TRA TRÙNG LẶP TÀI LIỆU THÔNG TIN TÀI LIỆU Tác giả Nguyễn Đức Kiên Tên tài liệu ĐATN_Nguyễn Đức Kiên_B17DCVT196 _final Các trang kiểm tra 66/66 Trang Thời gian kiểm tra 24-12-2021, 03:18:20 Thời gian tạo báo cáo 24-12-2021, 03:20:08 KẾT QUẢ KIỂM TRA TRÙNG LẶP Tỉ lệ trùng lặp 4% Hidden text Phụ trách kiểm tra TP.HCM, ngày tháng năm Giám đốc Thư viện ... KĨ THUẬT ĐIỀU CHẾ CHỈ MỤC 30 2.1 Đặt vấn đề 30 2.2 Khái niệm nguyên tắc hoạt động điều chế mục 30 2.3 Các ứng dụng điều chế mục 31 2.3.1 Điều chế mục cho ăng-ten... tới 6G nhà nghiên cứu kì vọng có phương thức điều chế để nâng cao hiệu hệ thống, số kể đến phương thức Điều chế mục cho OFDM (OFDM-IM) Với lí đó, em chọn đề tài ? ?Điều chế mục cho truyền thông không. .. OFDM việc điều chế điều chế mục cho ăng-ten phát điều chế mục cho sóng mang OFDM kì vọng hết 2.3 Các ứng dụng điều chế mục Nhu cầu ngày tăng tốc độ liệu cao hơn, chất lượng dịch vụ tốt hơn, hoàn