- Trang Chủ
- Kĩ thuật Viễn thông
- Giảm méo phi tuyến cho hệ thống OFDM dùng kỹ thuật điều chế thích nghi bằng thuật toán NBPSO dựa trên phương pháp DSI
Xem mẫu
- Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2021. ISBN: 978-604-82-5957-0
GIẢM MÉO PHI TUYẾN CHO HỆ THỐNG OFDM
DÙNG KỸ THUẬT ĐIỀU CHẾ THÍCH NGHI BẰNG
THUẬT TOÁN NBPSO DỰA TRÊN PHƯƠNG PHÁP DSI
Mai Văn Lập
Trường Đại học Thuỷ lợi, email: lapmv@tlu.edu.vn
1. GIỚI THIỆU CHUNG 2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Kỹ thuật ghép kênh phân chia theo tần số Tác giả sử dụng phương pháp nghiên cứu
trực giao (Orthogonal Frequency Division lý thuyết và mô phỏng hệ thống.
Multiplexing - OFDM) là một loại điều chế
3. MÔ HÌNH HỆ THỐNG
đa sóng mang. Ưu điểm của kỹ thuật này là
hiệu suất phổ cao, giảm nhiễu xuyên ký tự 3.1. Kỹ thuật điều chế thích nghi
(ISI) và hiệu ứng đa đường, khả năng chống Trong hệ thống OFDM sử dụng các bộ
lại nhiễu đồng kênh băng thông hẹp trong hệ điều chế bậc thấp hơn như BPSK, 4 QAM và
thống không dây. 8 QAM sẽ cải thiện Tỷ lệ lỗi bit (BER)
OFDM đã và đang được áp dụng rộng rãi nhưng làm giảm hiệu suất phổ và tốc độ, mặt
khác sử dụng các bộ điều biến bậc cao hơn
trong các hệ thống 4G, thông tin quang,
như 64 QAM, 128 QAM và 256 QAM sẽ làm
DVB-T2, DVB-S2, IEEE 802.11a, Hiperlan2 tăng hiệu quả phổ và tốc độ nhưng dẫn đến
và tiêu chuẩn truy cập không dây băng thông BER kém. Vì vậy, để cân bằng giữa hiệu suất
rộng IEEE 802.16a [1]. phổ và BER (Tỷ lệ lỗi bit) thì điều chế thích
Trong hệ thống OFDM thường sử dụng kỹ nghi được sử dụng.
thuật điều chế là M-PAM or M-QAM, để cân Tại máy phát, khối điều chế thích nghi bao
bằng giữa hiệu suất phổ, tốc độ với tỉ lệ lỗi bit gồm các bộ điều chế khác nhau được sử dụng
(BER) người ta dùng kỹ thuật điều chế thích để cung cấp các lệnh điều chế khác nhau.
nghi [2]. Việc chuyển đổi giữa các bộ điều chế này sẽ
phụ thuộc vào tỷ số tín hiệu trên tạp (SNR)
Hệ thống OFDM tuy có nhiều ưu điểm tức thời. Mô hình hệ thống OFDM sử dụng
nhưng cũng có những khuyết điểm như tỉ lệ điều chế thích nghi như Hình 1.
công suất đỉnh trên công suất trung bình cao
(PAPR), dẫn đến méo phi trong các thiết bị
điện tử và quang khi công suất lớn. Để giải
quyết vấn đề này có rất nhiều phương pháp
đã được đưa ra. Trong bài báo này tác giả sử
dụng thuật toán tối ưu hoá bày đàn bằng kỹ
thuật nhị phân mới (NBPSO - New binary
particle swarm optimization) dựa trên
phương pháp chèn chuỗi ký tự bổ xung (DSI)
[3] để giảm méo phi tuyến thông qua việc Hình 1. Mô hình hệ thống OFDM
giảm PAPR. sử dụng điều chế thích nghi
288
- Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2021. ISBN: 978-604-82-5957-0
3.2. Thuật toán NBPSO dựa trên phương NBPSO được khởi tạo với một nhóm các
pháp DSI hạt ngẫu nhiên và sau đó tìm kiếm tối ưu
DSI được chèn thêm vào phần sau của bằng cách cập nhật các thế hệ. Trong mỗi lần
chuỗi dữ liệu chỉ với mục đích giảm PAPR lặp lại, hạt tự cập nhật thông qua việc theo
và sẽ được loại bỏ tại bên thu. Do vậy thiết bị dõi hai vị trí tốt nhất:
tại bên thu sẽ không phải thêm thiết bị cũng Đầu tiên là vị trí cục bộ tốt nhất (ndividual
như tính toán. Hình 2 mô tả chèn cuỗi ký tự best - p_best), đại diện cho vectơ vị trí của
giải pháp tốt nhất của hạt này đã đạt được
bổ xung (DSI-Dummy Sequence Insertion).
cho đến hiện tai.
Vị trí còn lại là vị trí tốt nhất toàn cục
IFFT input (M subcarriers)
(global best - g_best), đại diện cho vị trí tốt
Data (x) Dummy sequence (s) nhất mà bất kỳ hạt nào có được cho đến hiện
(N subcarriers) (L subcarriers) tại.
Với NBPSO, hàm vận tốc được cập nhât
1 2 .. N 1 2 .. L theo công thức sau:
S(vjk) =2x|(Sigmoid(vjk)-0.5)|,
Hình 2. Cấu trúc dữ liệu và chuỗi bổ xung 1
với Sigmoid (v jk ) v , and
Sau khi thực hiện IFFT, tín hiệu ra có thể 1 e jk
được biểu diễn như sau:
vjk (t+1) = w.vjk(t) + c1.rand().(p_bestjk – zjk)
y(t) = IFFT([x s]t)
PAPR của tín hiệu OFDM với phương + c2.rand().(g_bestk – zjk ).
pháp DSI có thể được định nghĩa như sau:
Vị trí được cặp nhật theo công thức sau:
2
max | y (t ) | If rand()< S(vjk(t+1)) then zjk( t+1)=
PAPR
exchange(zjk(t)) else zjk( t+1) = zjk(t).
E | y (t ) |2 Trong đó vjk là vận tốc phần tử thứ k trong
Nhược điểm của phương pháp DSI là đôi hạt thứ j zjk là vị trí phần tử thứ k trong hạt
khi tính toán cao. thứ j.
Để giảm việc tính toán và nâng cao hiệu Hình 3 là sơ đồ mô phỏng hệ thống.
suất của nó, NBPSO được áp dụng trên DSI
để nhận được chuỗi dữ liệu giả chất lượng
hơn cũng như giảm PAPR của tín hiệu trong
hệ thống OFDM.
NBPSO là một trong những kỹ thuật tối ưu
hoá, mà có thể tạo ra giải pháp chất lượng
cao trong khi tính toán ít. Kỹ thuật NBPSO
tiến hành tìm kiếm bằng cách sử dụng một
tập hợp các hạt (Particles), tương ứng với các
cá thể. Một bầy các hạt này di chuyển qua
không gian tìm kiếm để tìm một vị trí tối ưu.
Vị trí và vận tốc là hai thông số để đặc trưng
cho mỗi hạt.
Vận tốc chuyển động được định nghĩa theo
sự thay đổi của xác suất bit đó sẽ ở trạng thái Hình 3. Sơ đồ giảm méo phi tuyến cho hệ
này hay trạng thái khác. Do đó, một hạt thống OFDM dùng kỹ thuật điều chế thích
chuyển động trong một không gian trạng thái nghi bằng thuật toán NBPSO dựa trên
bị giới hạn ở 0 và 1 trên mỗi chiều. phương pháp DSI
289
- Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2021. ISBN: 978-604-82-5957-0
3.3. Kết quả mô phỏng và thảo luận 3dB < SNR 9dB thì dùng 64QAM ứng hiệu
khảo [3]: c1 = c2 = 2, trọng số w được đặt suất phổ 6b/Symbol. Như vậy với bộ điều chế
giảm tuyến tính từ 0.6 đến 0.2, số lượng hạt thích nghi thì tùy thuộc điều kiện kênh truyền
là 20 (NP), số phần tử trong hạt là 32 (P), số tốt hay xấu để có thể dùng bộ điều chế cho phù
lần lặp (T) là 32. hợp nhằm đảm bảo hiệu suất phổ tốt nhất.
Hệ thống OFDM được mô phỏng với các Từ đồ thị ta thấy tại cùng tỉ số SNR, khi sử
thông số sau: Số khung OFDM là 256, tổng số dụng thuật toán tối ưu NBPSO thì BER giảm
sóng mang con (FFT/IFFT) là 256, số sóng đi rất đáng kể. Như vậy sử dụng thuật toán
mang dữ liệu = 92, số sóng mang DSI = 8, tiền thối ưu NBPSO có khả năng làm giảm lỗi
tố lặp =1/8, điều chế với 4, 16, 64QAM. cho hệ thống hay méo phi tuyến thông qua
Hình 4 là kết quả mô phỏng hệ thống giảm PAPR.
OFDM qua kênh AWGN với điều chế lần
4. KẾT LUẬN
lượt là 4 QAM, 16 QAM, 64 QAM, điều chế
thích nghi và điều chế thích nghi bằng thuật Bài báo đã trình bày giảm méo phi tuyến
toán NBPSO sử dụng phương pháp DSI. cho hệ thống OFDM dùng kỹ thuật điều chế
thích nghi bằng thuật toán NBPSO dựa trên
phương pháp DSI. Kết quả cho thấy khi sử
dụng thuật toán tối ưu NBPSO 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.
5. TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] 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
Hình 4. Tỷ lệ lỗi bit BER qua SNR Signal Processing (TSP). Milan, Italy.
[2] Hussein Sultan Radhi, Sabah S.
Nhìn vào hình ta thấy với điều chế thường, Abudlkareem and Abdullah Th. Abdalsatir.
tại BER = 10-4 thì với các bộ điều chế bậc 2018. Adaptive modulation for enhanced
càng thấp thì SNR càng nhỏ hay kênh truyền ofdm systems using fuzzy logic. ARPN
nhiễu hơn, ngược lại với các bộ điều chế bậc Journal of Engineering and Applied
càng cao thì SNR càng lớn hay kênh truyền ít Sciences.
nhiễu hơn. [3] Lap Maivan, Thang Nguyentrong. 2019.
Tuy nhiên với điều chế bậc (M) thấp hơn thì New Binary Particile Swarm Optimization
on Dummy Sequence Isertion Method for
tốc độ bit sẽ nhỏ hơn vì b = log2(M)/Symbol
Nonlinear Reducion in Optical Direct
ứng với hiệu suất phổ nhỏ, ngược lại khi điều Detetion Orthogonal Frequency Division
chế bậc cao hơn thì tốc độ bít sẽ lớn hơn và Multiplexing System. Journal of Optics.
hiệu suất phổ cũng cao hơn.
Với bộ điều chế thích nghi, khi kênh
truyền nhiễu cao (ứng SNR
nguon tai.lieu . vn
