Kỹ thuật điều chế thích nghi trong hệ thống ghép kênh phân chia theo tần số trực giao

Bài viết Kỹ thuật điều chế thích nghi trong hệ thống ghép kênh phân chia theo tần số trực giao trình bày quá trình nghiên cứu và mô phỏng hệ thống OFDM sử dụng kỹ thuật điều chế thích nghi. Kết quả cho thấy khi điều chế thích nghi hệ thống sẽ tự điều chỉnh bộ điều chế sao cho phù hợp với điều kiện kênh truyền nhằm đạt hiệu quả cao nhất khi cân bằng giữa tốc độ, tỷ lệ lỗi bit và hiệu suất phổ.

Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2020 ISBN: 978-604-82-3869-8 KỸ THUẬT ĐIỀU CHẾ THÍCH NGHI TRONG HỆ THỐNG GHÉP KÊNH PHÂN CHIA THEO TẦN SỐ TRỰC GIAO Mai Văn Lập Khoa Điện - Điện tử, Trường Đại học Thủy lợi, email: lapmv@tlu.edu.vn GIỚI THIỆU CHUNG Kỹ thuật ghép kênh phân chia theo tần số trực giao (Orthogonal Frequency Division Multiplexing – OFDM) loại điều chế đa sóng mang Chuỗi liệu cần truyền chia làm nhiều chuỗi liệu con, chuỗi liệu sau đưa qua biến đổi nối tiếp - song song Sau chuỗi liệu truyền song song nhiều sóng mang khác sóng mang ghép trực giao đôi với Ưu điểm kỹ thuật hiệu suất phổ cao, giảm nhiễu xuyên ký tự (ISI) hiệu ứng đa đường, khả chống lại nhiễu đồng kênh băng thông hẹp hệ thống không dây đặc biệt thực thi hiệu sử dụng phép biến đổi Fourier nhanh thuận (FFT) ngược (IFFT) OFDM áp dụng rộng rãi hệ thống thông tin vô tuyến, 4G, thông tin quang, DVB - T, modem tốc độ cao đường dây thuê bao kỹ thuật số (DSL), mạng cục không dây băng thông rộng, IEEE 802.11a, Hiperlan2 tiêu chuẩn truy cập không dây băng thông rộng IEEE 802.16a [1,2,3] Đối với OFDM, sử dụng điều chế bậc thấp BPSK, QAM QAM cải thiện tỷ lệ lỗi bit (BER) làm giảm hiệu suất phổ tốc độ, mặt khác sử dụng điều chế bậc cao 64 QAM, 128 QAM, 256QAM 512 QAM tăng hiệu suất phổ tốc độ dẫn đến BER Như vấn đề đặt làm để hệ thống đảm bảo BER đủ nhỏ mà hiệu suất phổ tốc độ đủ lớn, việc giải kỹ thuật điều chế thích nghi [4] Với kỹ thuật điều chế thích nghi sơ đồ điều chế chọn theo thơng tin trạng thái kênh (CSI) Nếu điều kiện kênh tốt sử dụng sơ đồ điều chế tương đối cao 128 QAM 256 QAM (Điều chế biên độ cầu phương) điều kiện kênh sử dụng sơ đồ điều chế thấp khóa dịch pha nhị phân (BPSK), 4QAM Vì vậy, có sẵn loạt sơ đồ điều chế vậy, phải có số tiêu chí để điều chỉnh cách chọn sơ đồ điều chế tối ưu cho CSI định PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Tác giả sử dụng phương pháp nghiên cứu lý thuyết mơ hệ thống MƠ HÌNH HỆ THỐNG 3.1 Hệ thống OFDM OFDM kỹ thuật điều chế đa sóng mang, sóng mang ghép trực giao với nhau, tiết kiệm băng tần sử dụng Để xử lý tín hiệu OFDM người ta dùng kỹ thuật FFT tốc độ nhanh dễ thực Sơ đồ khối hệ thống thu phát OFDM hình Tại bên phát: Ban đầu liệu đưa qua khối mã hoá liệu để mã hoá liệu dạng số sau xen rẽ điều chế Thực chất trình điều chế liệu sóng mang biên độ pha Sau tín hiệu đưa qua biến đổi nối tiếp sang song song (S/P) để đưa qua 239 Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2020 ISBN: 978-604-82-3869-8 biến đổi IFFT thực việc chuyển tín hiệu từ miền tần số rời rạc miền thời gian Tín hiệu sau qua biến đổi IFFT lại chuyển đổi lại thành tín hiệu nối tiếp cách cho qua biến đổi song song sang nối tiếp (P/S) Sau tín hiệu chèn thêm khoảng lặp tạo cửa sổ để triệt nhiễu xuyên kênh ICI nhiễu ký hiệu ISI, đưa qua biến đổi DAC để chuyển liệu từ dạng số sang dạng tương tự đưa qua kênh truyền để cung cấp lệnh điều chế khác Việc chuyển đổi điều chế phụ thuộc vào tỷ số tín hiệu tạp (SNR) tức thời Mục tiêu điều chế thích nghi chọn chế độ điều chế thích hợp để truyền tùy thuộc vào SNR tức thời, để đạt cân tốt hiệu suất phổ BER tổng thể Điều chế thích nghi kỹ thuật tốt để tối đa hóa thơng lượng liệu sóng mang Điều chế thích nghi bao gồm đo SNR sóng mang q trình truyền, sau chọn sơ đồ điều chế tối đa hóa hiệu suất phổ, trì BER chấp nhận Mơ hình hệ thống OFDM sử dụng điều chế thích nghi hình Hình Sơ đồ khối thu phát OFDM Tại bên thu: Quá trình thực ngược lại với trình phát Tín hiệu sau qua biến đổi ADC để chuyển đổi tín hiệu sang dạng số đồng thời gian tần số Sau loại bỏ khoảng lặp, tín hiệu đưa qua biến đổi S/P để đưa qua biến đổi FFT thực việc chuyển liệu từ miền thời gian sang miền tần số Sau q trình lại tiếp tục ngược lại bên phát Cuối tín hiệu cho qua giải mã để thu tín hiệu gốc Hình Mơ hình hệ thống OFDM sử dụng điều chế thích nghi 3.3 Kết mơ thảo luận Hệ thống OFDM mô với thông số sau: Số khung OFDM 256, với FFT/IFFT 256, tiền tố lặp = 1/8, điều chế với 4, 16, 64, 128 256QAM Hình giản đồ chịm tín hiệu điều chế 3.2 Kỹ thuật điều chế thích nghi Trong hệ thống OFDM sử dụng điều chế bậc thấp BPSK, QAM QAM cải thiện Tỷ lệ lỗi bit (BER) làm giảm hiệu suất phổ tốc độ, mặt khác sử dụng điều biến bậc cao 64 QAM, 128 QAM 256 QAM làm tăng hiệu phổ tốc độ dẫn đến BER Vì vậy, để cân hiệu suất phổ BER (Tỷ lệ lỗi bit) điều chế thích nghi sử dụng Tại máy phát, khối điều chế thích nghi bao gồm điều chế khác sử dụng 240 256QAM 64QAM 4QAM 16QAM Hình Giản đồ chịm Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2020 ISBN: 978-604-82-3869-8 (Hình 4) kết mơ hệ thống OFDM qua kênh AWGN với liệu điều chế QAM, 16 QAM, 64 QAM, 128 QAM 256 QAM Nhìn vào hình ta thấy BER = 10-4 với điều chế bậc thấp SNR nhỏ hay kênh truyền nhiễu hơn, ngược lại với điều chế bậc cao SNR lớn hay kênh truyền nhiễu Khi kênh truyền nhiễu cao (ứng SNR < 12dB) dùng điều chế 4QAM hay truyền tín hiệu với tốc độ thấp 2b/Symbol, kênh truyền tốt (ứng 27 < SNR < 34dB) dùng điều chế 256QAM ứng với 8b/Symbol Như với điều chế thích nghi tùy thuộc điều kiện kênh truyền tốt hay xấu để dùng điều chế cho phù hợp nhằm đảm bảo hiệu suất phổ tốt KẾT LUẬN Hình Tỷ lệ lỗi bit BER qua SNR Tuy nhiên với điều chế bậc (M) thấp tốc độ bit nhỏ b = log2(M)/ Symbol ứng với hiệu suất phổ nhỏ, ngược lại điều chế bậc cao tốc độ bít lớn hiệu suất phổ cao Để hệ thống vừa đạt tốc độ hiệu suất phổ môi truyền truyền thay đổi, có nghĩa mơi trường truyền nhiễu cao truyền tốc độ thấp ngược lại môi trường nhiễu truyền với tốc độ cao Để thực điều ta dùng điều chế thích nghi Hình kết BER thơng qua SNR hệ thống OFDM dùng kỹ thuật điều chế thích nghi Bài báo trình bày q trình nghiên cứu mô hệ thống OFDM sử dụng kỹ thuật điều chế thích nghi Kết cho thấy điều chế thích nghi hệ thống tự điều chỉnh điều chế cho phù hợp với điều kiện kênh truyền nhằm đạt hiệu cao cân tốc độ, tỷ lệ lỗi bit hiệu suất phổ Hướng nghiên cứu tương lai dùng kỹ thuật điều chế thích nghi nhận dạng tự động với công nghệ học sâu (deep learning), bên phát bên thu không cần biết TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nattapan Suwansukho, Sathaporn Promwong, 2019 Evaluation of Rotated Constellation in DVB-T2 Based on Measurement Data, 5th International conference on Engineering, ICEAST [2] G Barb and M Otesteanu 2020 4G/5G: A Comparative Study and Overview on What to Expect from 5G 43rd International Conference on Telecommunications and Signal Processing (TSP) Milan, Italy [3] Lap Maivan, Thang Nguyentrong 2019 New binary particle swarm optimization on dummy sequence insertion method for nonlinear reduction in optical directdetection orthogonal frequency division multiplexing system Journal of Optics [4] Hussein Sultan Radhi, Sabah S Abudlkareem and Abdullah Th Abdalsatir 2018 Adaptive modulation for enhanced ofdm systems using fuzzy logic ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences Hình Tỷ lệ lỗi bit BER qua SNR với điều chế thích nghi 241 ... thực điều ta dùng điều chế thích nghi Hình kết BER thơng qua SNR hệ thống OFDM dùng kỹ thuật điều chế thích nghi Bài báo trình bày q trình nghi? ?n cứu mô hệ thống OFDM sử dụng kỹ thuật điều chế thích. .. hiệu điều chế 3.2 Kỹ thuật điều chế thích nghi Trong hệ thống OFDM sử dụng điều chế bậc thấp BPSK, QAM QAM cải thiện Tỷ lệ lỗi bit (BER) làm giảm hiệu suất phổ tốc độ, mặt khác sử dụng điều biến... tức thời Mục tiêu điều chế thích nghi chọn chế độ điều chế thích hợp để truyền tùy thuộc vào SNR tức thời, để đạt cân tốt hiệu suất phổ BER tổng thể Điều chế thích nghi kỹ thuật tốt để tối đa