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

ĐỒ ÁN 3
TÌM HIỂU KỸ THUẬT OFDM, FBMC
VÀ MÔ PHỎNG FBMC
i

MỤC LỤC
MỤC LỤC .....................................................................................................................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

3.2 YÊU CẦU 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

DANH MỤC CÁC 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

HÌNH 3.4 QUÁ TRÌNH TẠO TÍN HIỆU FBMC PHÍA PHÁT..................................18
HÌNH 3.5 QUÁ TRÌNH THU VÀ GIẢI ĐIỀU CHẾ TÍN HIỆU FBMC....................19
v

DANH MỤC CÁC 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

CHƯƠNG 0. GIỚI 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

ĐỒ ÁN 3
Trang 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

ĐỒ ÁN 3
Trang 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.

ĐỒ ÁN 3
Trang 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]

ĐỒ ÁN 3
Trang 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]

ĐỒ ÁN 3
Trang 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

ĐỒ ÁN 3
Trang 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.

ĐỒ ÁN 3
Trang 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]

ĐỒ ÁN 3
Trang 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.

ĐỒ ÁN 3
Trang 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.

ĐỒ ÁN 3
Trang 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]

ĐỒ ÁN 3
Trang 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

ĐỒ ÁN 3
Trang 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

ĐỒ ÁN 3
Trang 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.

ĐỒ ÁN 3
Trang 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

ĐỒ ÁN 3
Trang 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.

ĐỒ ÁN 3
Trang 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

ĐỒ ÁN 3
Trang 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:

ĐỒ ÁN 3
Trang 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:

ĐỒ ÁN 3
Trang 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.

ĐỒ ÁN 3
Trang 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.

ĐỒ ÁN 3
Trang 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);

ĐỒ ÁN 3
Trang 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

ĐỒ ÁN 3
Trang 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

ĐỒ ÁN 3
Trang 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;

ĐỒ ÁN 3
Trang 25/26
end

ĐỒ ÁN 3
Trang 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”

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

More Related Content

What's hot

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

More from Huynh MVT

Recently uploaded

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