So sánh kỹ thuật ufmc với fbmc

New key PHY layer technology components such as a unified frame structure, multicarrier waveform design including a filtering functionality, sparse signal processing mechanisms, a robustness framework, and transmissions with very short latency enable indeed an efficient and scalable air interface supporting the highly varying set of requirements originating from the 5G drivers.

Recommended

More Related Content

What's hot

What's hot(20)

Similar to tim-hieu-ky-thuat-ofdm-fbmc-va-mo-phong-fbmc-co-code-ben-duoi

Similar to tim-hieu-ky-thuat-ofdm-fbmc-va-mo-phong-fbmc-co-code-ben-duoi(20)

More from Huynh MVT

More from Huynh MVT(20)

Recently uploaded

Recently uploaded(20)

tim-hieu-ky-thuat-ofdm-fbmc-va-mo-phong-fbmc-co-code-ben-duoi

• 1. HIỂU KỸ THUẬT OFDM, FBMC VÀ MÔ PHỎNG FBMC i
• 2. .....................................................................................................................II DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ.........................................................................................IV DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT................................................................................VI CHƯƠNG 0. GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI............................................................................VII CHƯƠNG 1. TÌM HIỂU KỸ THUẬT OFDM...............................................................1 1.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ KỸ THUẬT OFDM..................................................................1 1.2 SƠ ĐỒ KHỐI CỦA KỸ THUẬT OFDM...........................................................................2 1.2.1 Điều chế số..........................................................................................................3 1.2.2 Khối serial to parallel.........................................................................................5 1.2.3 Khối IFFT...........................................................................................................6 1.2.4 Khối Cyclic prefix in...........................................................................................6 1.2.5 Khối parallel to serial.........................................................................................7 1.2.6 Khối cyclic prefix out..........................................................................................8 1.2.7 Khối FFT.............................................................................................................8 1.2.8 Khối P/S..............................................................................................................9 1.2.9 Giải điều chế số..................................................................................................9 1.3 ƯU VÀ NHƯỢC ĐIỂM CỦA HỆ THỐNG OFDM.............................................................9 1.3.1 Ưu điểm...............................................................................................................9 1.3.2 Nhược điểm.......................................................................................................10 CHƯƠNG 2. TÌM HIỂU KỸ THUẬT FBMC..............................................................11 2.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ KỸ THUẬT FBMC................................................................11 2.2 SƠ ĐỒ KHỐI CỦA KỸ THUẬT FBMC.........................................................................11 2.2.1 Điều chế và giải điều chế OQAM.....................................................................12 2.2.2 Khối lọc pulse shaping filter.............................................................................13 2.3 SO SÁNH HAI KỸ THUẬT OFDM VÀ FBMC.............................................................15 CHƯƠNG 3. CHƯƠNG TRÌNH MÔ PHỎNG............................................................16 3.1 ĐIỀU KIỆN MÔ PHỎNG..............................................................................................16 ii
• 3. CỦA MÔ PHỎNG.........................................................................................16 3.3 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG.................................................................................................16 CHƯƠNG 4. KẾT LUẬN...............................................................................................20 PHỤ LỤC ....................................................................................................................21 TÀI LIỆU THAM KHẢO...............................................................................................26 iii
• 4. HÌNH VẼ HÌNH 1.1 TÍN HIỆU TRỰC GIAO TRONG MIỀN THỜI GIAN VÀ TẦN SỐ [2]...1 HÌNH 1.2A PHỔ TÍN HIỆU FDM, 1.2B PHỔ TÍN HIỆU OFDM [4].........................2 HÌNH 1.3 SƠ ĐỒ KHỐI CỦA OFDM.............................................................................2 HÌNH 1.4 ĐIỀU CHẾ M-PSK [6].....................................................................................3 HÌNH 1.5 CHÒM SAO M-PSK [6]..................................................................................4 HÌNH 1.6 ĐIỀU CHẾ 8QAM [12]....................................................................................4 HÌNH 1.7 BIỂU ĐỒ CHÒM SAO 8-QAM [1]................................................................5 HÌNH 1.8 KHỐI S/P [1].....................................................................................................5 HÌNH 1.9 CHỨC NĂNG IFFT [11].................................................................................6 HÌNH 1.10 OFDM KHÔNG VÀ CÓ KHOẢNG BẢO VỆ [1]......................................7 HÌNH 1.11 KHỐI S/P [1]...................................................................................................7 HÌNH 1.12 SỰ DỊCH PHA DO TRẢI TRỄ ĐA ĐƯỜNG [1]........................................8 HÌNH 1.13 CHỨC NĂNG FFT [11].................................................................................8 HÌNH 1.14 KHE THỜI GIAN OFDM VÀ OFDMA [13]............................................10 HÌNH 2.1 PHỔ CỦA OFDM VÀ FBMC [9].................................................................11 HÌNH 2.2 SƠ ĐỒ KHỐI FBMC [14].............................................................................12 HÌNH 2.3 SƠ ĐỒ CHÒM SAO OQAM.........................................................................12 HÌNH 2.4 BỘ LỌC PHYDYAS TRONG MIỀN THỜI GIAN....................................13 HÌNH 2.5 BỘ LỌC PHYDYAS TRONG MIỀN TẦN SỐ [15]...................................13 HÌNH 2.6 TÍN HIỆU FBMC CHƯA QUA BỘ LỌC...................................................14 HÌNH 2.7 TÍN HIỆU FBMC SAU KHI QUA BỘ LỌC...............................................14 HÌNH 3.1 GIAO DIỆN HỆ THỐNG..............................................................................16 HÌNH 3.2 KẾT QUẢ FBMC NGÕ VÀO NGẪU NHIÊN............................................17 HÌNH 3.3 KẾT QUẢ FBMC NGÕ VÀO NHẬP TỪ BÀN PHÍM..............................17 iv
• 5. TRÌNH TẠO TÍN HIỆU FBMC PHÍA PHÁT..................................18 HÌNH 3.5 QUÁ TRÌNH THU VÀ GIẢI ĐIỀU CHẾ TÍN HIỆU FBMC....................19 v
• 6. TỪ VIẾT TẮT AFB Analysis Filter Bank CP Cyclic Prefix FBMC Filter Bank Multi-Carrier FDM Frequency Division Multiplexing FFT Fast Fourier Transform I Inphase IFFT Inverse Fast Fourier Transform ISI Inter-symbol Interference OFDM Orthogonal Frequency-Division Multiplexing OQAM Offset-Quadrature Amplitude Modulation P/S Parallel to Serial PSF Pulse Shaping Filter PSK Phase-shift keying Q Quadrature QAM Quadrature Amplitude Modulation QSK Quadrature Shift Keying S/P Serial to Parallel SFB Synthesis Filter Bank vi
• 7. THIỆU ĐỀ TÀI Tên đề tài: Tìm hiểu kỹ thuật OFDM, FBMC và mô phỏng FBMC Yêu cầu của đề tài: - Tìm hiểu lý thuyết về kỹ thuật OFDM và FBMC. - Mô phỏng toàn bộ các khối của kỹ thuật FBMC bằng phần mềm Matlab (Có giao diện GUIDE). Cấu trúc báo cáo đồ án : - Chương 1: Tìm hiểu lý thuyết, sơ đồ khối và chức năng từng khối của kỹ thuật OFDM cũng như ưu và nhược điểm của hệ thống này. - Chương 2: Tìm hiểu lý thuyết, sơ đồ khối và chức năng từng khối của kỹ thuật FBMC. So sánh giữa hai kỹ thuật OFDM và FBMC. - Chương 3: Chương trình mô phỏng kỹ thuật FBMC trên Matlab, các điều kiện mô phỏng, yêu cầu mô phỏng, kết quả mô phỏng và nhận xét. - Chương 4: Dựa trên những kiến thức đã tìm hiểu được và chương trình mô phỏng trên phần mềm Matlab để đưa ra kết luận cho đề tài. vii
• 8. 1/26 CHƯƠNG 1. TÌM HIỂU KỸ THUẬT OFDM 1.1 Giới thiệu chung về kỹ thuật OFDM OFDM là chữ viết tắt tiếng anh của Orthogonal Frequency Division Multiplexing, dịch sang tiếng Việt có nghĩa là ghép kênh phân chia theo tần số trực giao. Là trường hợp đặc biệt của phương pháp điều chế đa sóng mang (Multi- Carrier Modulation). Kỹ thuật OFDM các sóng mang được trực giao với nhau, như vậy phổ của các sóng mang phụ có thể chồng lấn lên nhau mà phía thu vẫn có thể khôi phục lại được tín hiệu ban đầu. Nhờ sự chồng lấn phổ này mà hệ thống có hiệu suất sử dụng phổ lớn hơn so với các kỹ thuật điều chế thông thường. Hình 1.1 Tín hiệu trực giao trong miền thời gian và tần số [2] Sự trực giao trong miền thời gian ở đây chính là tín hiệu kế tiếp và tín hiệu hiện tại cách nhau đúng một chu kỳ trong cùng một khoảng thời gian là một symbol. Tín hiệu đầu tiên ta thấy có một chu kỳ trong một symbol, tín hiệu thứ hai có hai chu kỳ. Cứ như vậy ta có thể có rất nhiều tín hiệu OFDM trực giao nhau trong miền thời gian. Sự trực giao trong miền tần số tức là tại đỉnh của một tín hiệu thì các tín hiệu khác có giá trị là không như trên hình ta có thể thấy được điều đó. Tìm hiểu kỹ thuật OFDM, FBMC và mô phỏng FBMC
• 9. 2/26 Hình 1.2a Phổ tín hiệu FDM, 1.2b Phổ tín hiệu OFDM [4] Nhờ sự trực giao này mà hiệu suất sử dụng phổ của OFDM cao hơn rất nhiều so với FDM như trên hình đã cho ta thấy được một khoảng tiết kiệm băng thông rất lớn. 1.2 Sơ đồ khối của kỹ thuật OFDM Hình 1.3 Sơ đồ khối của OFDM Trên đây là sơ đồ khối của một hệ thống OFDM cơ bản. Các tín hiệu đầu vào được điều chế số sau đó chuỗi dữ liệu được chia thành những chuỗi con song song có tốc độ thấp và mỗi chuỗi con này được điều chế và phát đi trên một sóng mang con trực giao riêng. Bên phía thu sẽ làm ngược lại với bên phát để cho ra tín hiệu phát ban đầu. Tìm hiểu kỹ thuật OFDM, FBMC và mô phỏng FBMC
• 10. 3/26 1.2.1 Điều chế số Dữ liệu đầu vào sẽ được điều chế số trước hoặc sau khi qua khối S/P. Các phương thức điều chế số thường dùng trong hệ thống OFDM là M-PSK (Phase Shift Keying) và M-QAM (Quarature Amplitude Modulation). 1.2.1.1 Điều chế M-PSK Điều chế PSK tức là sóng mang chỉ thay đổi pha phụ thuộc bit ngõ vào, một số M-PSK thường gặp: - BPSK có 2 trạng thái pha tương đương 1 bit vào. - QPSK có 4 trạng thái pha tương đương 2 bit vào. - 8-PSK có 8 trạng thái pha tương đương 3 bit vào. - 16-PSK có 16 trạng thái pha tương đương 4 bit vào. M-PSK có biểu thức tổng quát như sau: Trong đó: - E : năng lượng 1 symbol. - Ts: độ rộng một symbol. - fc : tần số sóng mang. - i : giá trị tương ứng với b bit. Hình 1.4 Điều chế M-PSK [6] Tìm hiểu kỹ thuật OFDM, FBMC và mô phỏng FBMC
• 11. 4/26 Hình 1.5 Chòm sao M-PSK [6] 1.2.1.2 Điều chế M-QAM Điều chế QAM tức là sóng mang có thể thay đổi cả về pha và biên độ. Điều chế QAM là điều chế biên độ vuông góc, sử dụng hai sóng mang vuông góc là cosine và sine. Mỗi sóng mang vuông góc được điều chế một chuỗi độc lập các bit thông tin. Biểu thức tổng quát M-QAM: Trong đó: - ai1 và ai2 là một trong các mức của symbol được điều chế QAM. - ai1 , ai2 = ± a, ± 3a, ± 5a,... ± ( log 2 M-1)a. - Ts là độ rộng một symbol. - fc là tần số sóng mang. Hình 1.6 Điều chế 8QAM [12] Tìm hiểu kỹ thuật OFDM, FBMC và mô phỏng FBMC
• 12. 5/26 Hình 1.7 Biểu đồ chòm sao 8-QAM [1] 1.2.2 Khối S/P Chức năng chính của khối S/P là chia một luồng dữ liệu nối tiếp tốc độ cao thành nhiều luồng dữ liệu song song theo hàng hoặc theo cột có tốc độ thấp hơn. Hình 1.8 Khối S/P [1] Ví dụ: Chuỗi dữ liệu vào: 00000000010101011010101011111111 Sau khi chia thành 4 luồng theo hàng là: 00000000 01010101 10101010 11111111 Bốn luồng dữ liệu này có tốc độ truyền đúng bằng tốc độ của dữ liệu ban đầu như vậy tốc độ của từng symbol sẽ được giảm xuống. 1.2.3 Khối IFFT Tìm hiểu kỹ thuật OFDM, FBMC và mô phỏng FBMC
• 13. 6/26 Khối IFFT (Inverse Fast Fourier Transform) tức là biến đổi ngược Fourier nhanh, khối này có chức năng chuyển đổi các tín hiệu đã được điều chế PSK hoặc QAM trong miền tần số về miền thời gian sau đó được thêm khoảng vảo vệ ở khối chèn CP và được truyền đi trên kênh truyền. Hình 1.9 Chức năng IFFT [11] Biểu thức biến đổi IFFT tổng quát: Trong đó: - X(k) là các mẫu tín hiệu trong miền tần số. - X(n) là mẫu tín hiệu trong miền thời gian. - N là số điểm IFFT/FFT. - k=0,1,...,N-1 1.2.4 Khối Cyclic prefix in Khối CPin có chức năng chính là chèn khoảng bảo vệ để tránh nhiều xuyên kí tự giữa các kí tự (symbol). Do có truyền lan đa đường, tín hiệu tại điểm thu sẽ có hiện tượng trải trễ. Do vậy các phiên bản thu được của symbol đi theo nhiều tia khác nhau sẽ lấn lên nhau về mặt thời gian, gây nên nhiễu xuyên kí tự ISI (InterSymbol Interference). Để khắc phục, người ta sử dụng khoảng bảo vệ CP hay tiền tố vòng, chính là sao chép một phần cuối tìn hiệu đưa lên đầu của tín hiệu đó. Tìm hiểu kỹ thuật OFDM, FBMC và mô phỏng FBMC
• 14. 7/26 Hình 1.10 OFDM không và có khoảng bảo vệ [1] 1.2.5 Khối parallel to serial Ngược lại với khối S/P, khối này có chức năng là chuyển đổi dữ liệu song song sang nối tiếp để truyền đi trên kênh truyền. Hình 1.11 Khối S/P [1] Tìm hiểu kỹ thuật OFDM, FBMC và mô phỏng FBMC
• 15. 8/26 1.2.6 Khối cyclic prefix out Tín hiệu sau khi được thu từ kênh truyền sẽ được loại bỏ khoảng bảo vệ ở khối này. Nếu trải trễ nhỏ hơn khoảng bảo vệ sẽ không có hiện tượng giao thoa giữa các kí tự trước và kí tự hiện tại, do đó sẽ không gây ra nhiễu ISI và ICI. Tuy nhiên, do tín hiệu nhận được tại máy thu là tổng của các thành phần đa đường nên sẽ gây ra sự dịch pha cho các sóng mang. Việc ước lượng lại kênh truyền ở máy thu sẽ khắc phục sự dịch pha này. Hình 1.12 Sự dịch pha do trải trễ đa đường [1] 1.2.7 Khối FFT Khối này có chức năng chuyển tín hiệu từ miền thời gian sang miền tần số để tiến hành giải điều chế bên phía thu. Hình 1.13 Chức năng FFT [11] Công thức tổng quát biến đổi FFT: Trong đó: - X(k) là các mẫu tín hiệu trong miền tần số. - X(n) là các mẫu tín hiệu trong miền thời gian. - N là số điểm IFFT/FFT. Tìm hiểu kỹ thuật OFDM, FBMC và mô phỏng FBMC
• 16. 9/26 - k=0,1,...,N-1 1.2.8 Khối P/S Tương tự như khối P/S bên phía thu. Chức năng chủ yếu của khối này là chuyển đổi chuỗi tín hiệu song song sang nối tiếp để tiến hành giải điều chế bên phía thu. 1.2.9 Giải điều chế số Tín hiệu ra ở khối P/S là tín hiệu đã được điều chế số bên phía thu. Nên phải tiến hành giải điều chế để cho ra chuỗi bit như dữ liệu đầu vào bên phía phát. Quá trình giải điều chế số bên phía thu diễn ra ngược lại với điều chế số bên phía phát. Dựa vào tín hiệu số thu được ta tiến hành giải điều chế để trả về chuối dữ liệu ban đầu của bên phía thu. Các giá trị này chính là phần thực và phần ảo của tín hiệu được ánh xạ lên chòm sao. Dựa vào giá trị này đối chiếu với chòm sao ta có thể giải điều chế cho ra tín hiệu là chuỗi bit như ngõ vào bên phía phát. 1.3 Ưu và nhược điểm của hệ thống OFDM 1.3.1 Ưu điểm Hệ thống OFDM đạt hiểu quả sử dụng phổ tần cao, nhờ tính trực giao của các thành phần sóng mang con. Nhờ kỹ thuật OFDM, các hệ thống thông tin di động đã được tăng băng thông một cách đáng kể. Hệ thống OFDM loại trừ được nhiễu xuyên symbol (ISI) và nhiễu giữa các sóng mang (ICI) bằng cách chèn thêm một khoảng bảo vệ trước mỗi symbol. Sự phức tạp của máy phát và máy thu giảm đáng kể do sử dụng FFT và IFFT. Hệ thống OFDM có thể truyền tốc độ cao. 1.3.2 Nhược điểm Hệ thống OFDM nhạy với sự dịch tần số, chỉ cần một sai lệch nhỏ cũng có thể làm mất tính trực giao của các sóng mang phụ. Các sóng mang phụ chỉ thật sự trực giao khi máy phát và máy thu sử dụng cùng tập tần số. Vì vậy, máy thu phải ước lượng và hiệu chỉnh offset tần số sóng mang của tín hiệu thu được. Tìm hiểu kỹ thuật OFDM, FBMC và mô phỏng FBMC
• 17. 10/26 Trong hệ thống OFDM, một khe thời gian chỉ có 1 user sử dụng. User đó được truyền thông tin bằng nhiều sóng mang con trực giao làm giảm tính linh hoạt và có thể gây fading. Ví dụ, trong hệ thống OFDMA hai user có thể dùng chung 1 khe thời gian. Cho thấy đây cũng là một nhược điểm của hệ thống OFDM cơ bản. Do OFDM phải sử dụng khoảng bảo vệ nên hiểu suất sử dụng băng thông cũng bị giảm đi đáng kể. Khoảng bảo vệ có thể chiếm tới ¼ băng thông của tín hiệu OFDM. Hình 1.14 Khe thời gian OFDM và OFDMA [13] Tìm hiểu kỹ thuật OFDM, FBMC và mô phỏng FBMC
• 18. 11/26 CHƯƠNG 2. TÌM HIỂU KỸ THUẬT FBMC 2.1 Giới thiệu chung về kỹ thuật FBMC FBMC là chữ viết tắt của Filter bank Multicarrier – Điều chế lọc đa sóng mang. Là một cải tiến của OFDM, FBMC có nhiều điểm tương đồng với CP-OFDM. OFDM có sử dụng tiền tố vòng (CP) còn FBMC sử dụng bộ lọc hình xung. FBMC không có tiền tố cyclic, nhờ sự hiệu quả của việc lọc, và kết quả là nó có thể cung cấp một mức độ hiệu quả quang phổ rất cao. Hình 2.1 Phổ của OFDM và FBMC [9] Quan sát hình ảnh trên ta có thể thấy phổ của tín hiệu FBMC có 2 thùy bên sự gợn sóng nhỏ hơn rất nhiều so với tín hiệu OFDM, nhờ vậy FBMC có hiệu quả sử dụng công suất hơn OFDM. 2.2 Sơ đồ khối của kỹ thuật FBMC Hình 2.2 Sơ đồ khối FBMC [14] Trên đây là sơ đồ khối của một hệ thống FBMC cơ bản. Các tín hiệu đầu vào được điều chế OQAM sau đó chuỗi dữ liệu được chia thành những chuỗi con song Tìm hiểu kỹ thuật OFDM, FBMC và mô phỏng FBMC
• 19. 12/26 song có tốc độ thấp và mỗi chuỗi con này được điều chế và phát đi trên một sóng mang con trực giao riêng sau đó được qua một bộ lọc hình xung. Bên phía thu sẽ làm ngược lại với bên thu để cho ra tín hiệu phát ban đầu. Do hệ thống FBMC chỉ khác cơ bản so với OFDM ở các khối điều chế số và khối lọc nên ở hệ thống FBMC chỉ trình bày phần điều chế OQAM và khối lọc. 2.2.1 Điều chế và giải điều chế OQAM OQAM là chữ viết tắt của Offset-Quadrature Amplitude Modulation tức là điều chế biên độ vuông góc dịch thời. Ở đây tín hiệu Q được làm trễ một bit so với tín hiệu I, và Q bằng cách cho một tín hiệu trễ một bit so với tín hiệu kia. Việc làm này khiến cho sự chuyển trạng thái của tín hiệu ở kênh này (thí dụ kênh I) luôn luôn xảy ra ở ngay điểm giữa của tín hiệu của kênh kia (kênh Q), như vậy trong một cặp bit IQ bất kỳ chỉ có sự thay đổi của một bit duy nhất và điều này đưa đến kết quả là các tín hiệu ở ngã ra tổng hợp chỉ lệch pha 0° hoặc ±90° chứ không phải 180° như ở QAM. Vậy điểm thuận lợi của OQAM là giới hạn được sự lệch pha của tín hiệu ra và tránh được các xung đột biến (lệch pha tới 1800 ) khi phục hồi tín hiệu nhị phân. Hình 2.3 Sơ đồ chòm sao OQAM Trong chương trình mô phỏng FBMC, điều chế OQAM chính là ánh xạ tín hiệu lên chòm sao của phương pháp điều chế OQAM. Cho ra các ký hiệu OQAM I/Q (các phần thực/ảo). Quá trình giải điều chế bên phía thu diễn ra ngược lại, dựa vào tín hiệu I và Q thu được ta có thể giải điều chế ra chuỗi bit vào ban đầu bên phía thu Tìm hiểu kỹ thuật OFDM, FBMC và mô phỏng FBMC
• 20. 13/26 2.2.2 Khối lọc pulse shaping filter Tín hiệu sau khi qua bộ biến đổi IFFT sẽ được đưa qua bộ lọc hình xung. Ở đây, ta sử dụng bộ lọc của dự án Phydyas có dạng như sau: Hình 2.4 Bộ lọc Phydyas trong miền thời gian Hình 2.5 Bộ lọc Phydyas trong miền tần số [15] Ở đây tín hiệu vào sẽ được nhân trực tiếp với bộ lọc Phydyas trong miền thời gian, sau đó sẽ được qua bộ P/S để nối tín hiệu lại để truyền đi trên kênh truyền. Tìm hiểu kỹ thuật OFDM, FBMC và mô phỏng FBMC
• 21. 14/26 Hình 2.6 Tín hiệu FBMC chưa qua bộ lọc Hình 2.7 Tín hiệu FBMC sau khi qua bộ lọc Tín hiệu bên phía thu sẽ được đưa vào bộ lọc hình xung Phydyas một lần nữa để giảm sai số trong quá trình truyền tín hiệu trên kênh truyền (channel). Quá trình này diễn ra tương tự như bên phía thu, chỉ khác tín hiệu vào đã được lọc một lần ở phía phát. Để bên phía thu có thể giải điều chế được tín hiệu, sau khi được lọc ta phải tiến hành tính toán lại các giá trị và chuẩn hóa lại chuỗi tín hiệu thu được. Do bên phía phát đã phát đi là một chuỗi gồm bốn tín hiệu gốc được lặp lại. Ta tiến hành cộng dồn bốn tín hiệu này lại bên phía thu sau đó chuẩn hóa ta được tín hiệu gần đúng như ban đầu bên phía thu. Để có thể giải điều chế chính xác ta tiến hành làm tròn giá trị này. Do tín hiệu được lọc trước khi truyền đi như trên giúp hệ thống giảm tối đa ảnh hưởng của nhiễu xuyên kí tự mặc dù FBMC không sử dụng khoảng bảo vệ nào. 2.3 So sánh hai kỹ thuật OFDM và FBMC Hệ thống FBMC là một cải tiến của OFDM nên về cơ bản FBMC vẫn có nhiều điểm tương đồng với OFDM, chỉ có cơ bản thay đổi là sự thay thế của OFDM với Tìm hiểu kỹ thuật OFDM, FBMC và mô phỏng FBMC
• 22. 15/26 một multicarrier dựa trên các filter bank, trong đó IFFT cộng với CPin thay thế bằng băng lọc tổng hợp (SFB) trong khi FFT cộng CPout được thay thế bởi băng lọc phân tích (AFB). Cả hai hệ thống cho hiểu quả sử dụng phổ tần cao, nhờ tính trực giao của các thành phần sóng mang con. Loại trừ được nhiễu xuyên symbol (ISI) và nhiễu giữa các sóng mang (ICI) cũng là thế mạnh của cả hai kỹ thuật này. Tuy nhiên, do hệ thống FBMC không sử dụng khoảng bảo vệ nhưng vẫn đảm bảo giảm tối đa ảnh hưởng của nhiễu đa đường do trải trễ gây ra ISI cũng như ICI nên FBMC có hiệu suất sử dụng đường truyền tốt hơn nhiều so với hệ thông OFDM có khoảng bảo vệ chiếm một phần lớn băng thông mà không mang thông tin có ích. Tìm hiểu kỹ thuật OFDM, FBMC và mô phỏng FBMC
• 23. 16/26 CHƯƠNG 3. CHƯƠNG TRÌNH MÔ PHỎNG 3.1 Điều kiện mô phỏng Chuỗi dữ liệu vào của hệ thống sẽ được điều chế theo phương pháp OQAM và bên thu sẽ được giải điều chế theo cách ngược lại để cho ra chuỗi dữ liệu ban đầu. Số symbol của hệ thống là hai, số điểm IFFT/FFT được nhập từ bàn phím hoặc được tính toán khi dữ liệu là nhập từ bàn phím. 3.2 Yêu cầu của mô phỏng Chuỗi dữ liệu đầu vào là một chuỗi bit được tạo ra ngẫu nhiên hoặc được nhập từ bàn phím. Khi chương trình được chạy sẽ cho ra các biểu đồ của tín hiệu sau mỗi khối của hệ thống FBMC và hiện thị ra giao diện GUIDE. Sau cùng dữ liệu ngõ ra là một chuỗi bit như chuỗi bit ngõ vào ban đầu. 3.3 Kết quả mô phỏng Hình 3.1 Giao diện hệ thống Tìm hiểu kỹ thuật OFDM, FBMC và mô phỏng FBMC
• 24. 17/26 Hình 3.2 Kết quả FBMC ngõ vào ngẫu nhiên Hình 3.3 Kết quả FBMC ngõ vào nhập từ bàn phím Nhận xét: Dựa vào kết quả ta thấy Dữ liệu nhị phân ở ngõ ra phía thu đã được giải điều chế đúng như bên phía phát. Kết quả này đáp ứng được yêu cầu mô phỏng ngõ vào và ngõ ra là một chuỗi bit giống nhau hoàn toàn. Quá trình tạo tín hiệu FBMC bên phía phát diễn ra như sau: Tìm hiểu kỹ thuật OFDM, FBMC và mô phỏng FBMC
• 25. 18/26 Hình 3.4 Quá trình tạo tín hiệu FBMC phía phát Đầu tiên, dữ liệu đầu vào là một chuỗi bit sẽ được điều chế bằng cách ánh xạ lên chòm sao của kỹ thuật điều chế OQAM. Chuỗi dữ liệu nhị phân đầu vào có thể là một chuỗi bit được tạo ra ngẫu nhiên bằng lệnh: dv=randi([0 1],1,N*4) hoặc được nhập từ bàn phím nhờ lệnh: dv=eval(get(handles.edit1,'string')), chuỗi bit được nhập vào ở khung edit1 trên giao diện GUIDE sau đó chuỗi bit sẽ được điều chế OQAM. Sau khi được điều chế OQAM, tín hiệu lúc này bao gồm phần thực và phần ảo tượng trưng cho giá trị I và Q. I là phần thực, còn Q là phần ảo. OQAM ở đây là điều chế 4 mức với ánh xạ như sau: Bit 00 được điều chế là: -1 + 0j tức là I=-1 và Q=0 Bit 01 được điều chế là: 0 + 1j tức là I=0 và Q=1 Bit 10 được điều chế là: 0 - 1j tức là I=0 và Q=-1 Bit 11 được điều chế là: 1 + 0j tức là I=1 và Q=0 Sau đó, tín hiệu OQAM được qua bộ chuyển đổi nối tiếp sang song song để chia thành hai luồng symbol. Tiến hành IFFT và lọc qua bộ lọc PSF (Phydyas), cuối cùng qua bộ P/S ta được tín hiệu FBMC được đưa lên kênh truyền. Quá trình thu và giải điều chế tín hiệu FBMC diễn ra như sau: Tìm hiểu kỹ thuật OFDM, FBMC và mô phỏng FBMC
• 26. 19/26 Hình 3.5 Quá trình thu và giải điều chế tín hiệu FBMC Sau khi thu được tín hiệu trên kênh truyền, qua bộ S/P chia thành hai luồng tín hiệu sau đó thực hiện lọc PSF (Phydyas) một lần nữa. Qua bộ FFT và P/S ta được chuỗi tín hiệu OQAM đã được điều chế như bên phía phát. Ta tiến hành giải điều chế dựa trên tín hiệu này. Các tín hiệu này chính là giá trị I và Q mà chuỗi bit bên phía phát đã tiến hành ánh xạ lên chòm sao OQAM. Ở phía thu ta thực hiện ngược lại sẽ cho ra chuỗi bit được giải điều chế. Tín hiệu I/Q: -1 + 0j được giải điều chế là hai bit: 00 Tín hiệu I/Q: 0 + 1j được giải điều chế là hai bit 01 Tín hiệu I/Q :0 - 1j được giải điều chế là hai bit 10 Tín hiệu I/Q: 1 + 0j được giải điều chế là hai bit 11 Cuối cùng, để hiện thị chuỗi bit ngõ ra ta thực hiện lệnh: set(handles.edit4,'string',dlr), chuỗi dữ liệu nhị phân này sẽ được hiện thị ở khung edit4 trong giao diện GUIDE. Như vậy, hệ thống đáp ứng đủ yêu cầu của mô phỏng cũng như kết quả mô phỏng giống như lý thuyết đã tìm hiểu ở chương hai. Quá trình tạo, thu tín hiệu FBMC và giải điều chế tín hiệu đã diễn ra giống như lý thuyết đã tìm hiểu ban đầu. Tìm hiểu kỹ thuật OFDM, FBMC và mô phỏng FBMC
• 27. 20/26 CHƯƠNG 4. KẾT LUẬN Công nghệ ghép kênh phân chia theo tần số trực giao OFDM là một công nghệ hiện đại cho truyền thông. Việc nghiên cứu và ứng dụng OFDM không ngừng được mở rộng bởi những ưu điểm của việc tiết kiệm băng tần và khả năng chống lại nhiễu ISI và ICI. Đồ án đã tìm hiểu và trình bày những vấn đề cơ bản của kỹ thuật OFDM. Công nghệ điều chế lọc đa sóng mang FBMC là một công nghệ hiện đại cho truyền thông vô tuyến trong tương lai. Hiện tại một số quốc gia trên thế giới đang tiến hành thử nghiệm FBMC cho hệ thống 5G tiên tiến. Hứa hẹn cho tốc độ truyền dữ liệu cao cũng như hoạt động hiệu quả nhờ những ưu điểm của kỹ thuật này. Chương trình mô phỏng tín hiệu FBMC ở đồ án này chỉ mới thực hiện được bước đầu là mô phỏng tổng quan các khối cũng như tín hiệu ngõ vào/ra của từng khối. Có thiết kế hệ thống với giao diện GUIDE trên phần mềm Matlab. Ngoài ra, để nâng cao chỉ tiêu chất lượng hệ thống OFDM cũng như FBMC, người ta có thể sử dụng mã hóa tín hiệu, sử dụng tín hiệu Pilot để ước lượng lại kênh truyền bên phía thu. Do đó, có thể phát triển đồ án này nhờ bổ sung các vấn đề trên. Tìm hiểu kỹ thuật OFDM, FBMC và mô phỏng FBMC
• 28. 21/26 PHỤ LỤC Code chương trình: - Điều chế OQAM c=reshape(dv,N*2,2); for e=1:(N*2) if c(e,:)==[0 0] g(e)=-1; elseif c(e,:)==[1 1] g(e)=1; elseif c(e,:)==[0 1] g(e)=j; else g(e)=(-j); end end - Khối S/P s=reshape(g,N,2); - Khối IFFT: for ntrame=1:Frame aa=ones(N,N); Tìm hiểu kỹ thuật OFDM, FBMC và mô phỏng FBMC
• 29. 22/26 [m n] =size(aa); for i=1:m for ii=1:n W(i,ii)=exp(-2*pi*j*(ii-1)*(i-1)/N)*aa(i,ii); end end x(:,ntrame)=(1/N)*W*s(:,ntrame); - Khối pulse shaping filter x4=[x(:,ntrame).' x(:,ntrame).' x(:,ntrame).' x(:,ntrame).']; signal=x4.*h; %-TIEN HANH LOC TIN HIEU-% - Khối P/S: y(1+(ntrame-1)*4*N:4*ntrame*N)=y(1+(ntrame-1)*4*N:4*ntrame*N)+signal; - Channel: channel=y; - Khối S/P: for ntrame=1:Frame - Khối pulse shaping filter phía thu: r=channel(1+(ntrame-1)*4*N:4*ntrame*N).*h; - Khối FFT: for e=1:m Tìm hiểu kỹ thuật OFDM, FBMC và mô phỏng FBMC
• 30. 23/26 for ee=1:n W2(e,ee)=exp(2*pi*j*(ee-1)*(e-1)/N)*aa(e,ee); end end sest(ntrame,:)=W2*u(ntrame,:).'; %-FFT-% - Khối P/S: gnr=reshape(gg,1,N*2); - Giải điều chế OQAM ra=zeros(N*2,2); for rr=1:(N*2) if gnr(rr)==-1 ra(rr,:)=[0 0]; elseif gnr(rr)==1 ra(rr,:)=[1 1]; elseif gnr(rr)==j ra(rr,:)=[0 1]; else ra(rr,:)=[1 0]; end end Tìm hiểu kỹ thuật OFDM, FBMC và mô phỏng FBMC
• 31. 24/26 ra2=reshape(ra,1,N*4); if luachon==2 if rem(NN,4)==1 for i=1:(4*N-3) ngora(i)=ra2(i); end elseif rem(NN,4)==2 for i=1:(4*N-2) ngora(i)=ra2(i); end elseif rem(NN,4)==3 for i=1:(4*N-1) ngora(i)=ra2(i); end else N=NN/4; ngora=ra2; end else ngora=ra2; Tìm hiểu kỹ thuật OFDM, FBMC và mô phỏng FBMC
• 32. 25/26 end Tìm hiểu kỹ thuật OFDM, FBMC và mô phỏng FBMC
• 33. 26/26 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt: [1] Nguyễn Văn Đức. (2006). Bộ sách kỹ thuật thông tin số (Tập 2), Lý thuyết và các ứng dụng của kỹ thuật OFDM. Nhà Xuất Bản Khoa Học và Kỹ Thuật. Tiếng Anh: [2] http://www.revolutionwifi.net, “PHY Basics: How OFDM Subcarriers Work”. [3] https://www.slideshare.net, “OFDM”. [4] https://www.researchgate.net, “FDM and OFDM spectral efficiencies”. [5] https://www.researchgate.net, “OFDM Block Diagram”. [6] http://www.circuitdesign.de, “Digital modulation: Phase shift keying(PSK). [7] http://www.eepw.com.cn, “OFDM”. [8] http://rfmw.em.keysight.com, “Concepts of Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) and 802.11 WLAN” [9] https://ettrends.etri.re.kr, “5G” [10] http://www.magnadesignnet.com, “Digital Modulation” [11] https://commons.wikimedia.org, “Convolution FFT and IFFT” [12] https://sites.google.com, “Modulador 8-QAM” [13] http://www.differencebetween.com, “Difference Between OFDM and OFDMA” [14] https://www.nutaq.com, “Filter Bank Multicarrier (FBMC)” [15] http://www.sharetechnote.com, “5G - PHY Candidate” Tìm hiểu kỹ thuật OFDM, FBMC và mô phỏng FBMC