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 TỐN NBPSO DỰA TRÊN PHƯƠNG PHÁP DSI
Mai Văn Lập
Trường Đại học Thuỷ lợi, email:

1. GIỚI THIỆU CHUNG

2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Kỹ thuật ghép kênh phân chia theo tần số
trực giao (Orthogonal Frequency Division
Multiplexing - OFDM) là một loại điều chế
đa sóng mang. Ưu điểm của kỹ thuật này là
hiệu suất phổ cao, giảm nhiễu xuyên ký tự
(ISI) và hiệu ứng đa đường, khả năng chống
lại nhiễu đồng kênh băng thông hẹp trong hệ
thống không dây.
OFDM đã và đang được áp dụng rộng rãi
trong các hệ thống 4G, thông tin quang,
DVB-T2, DVB-S2, IEEE 802.11a, Hiperlan2
và tiêu chuẩn truy cập không dây băng thông
rộng IEEE 802.16a [1].
Trong hệ thống OFDM thường sử dụng kỹ
thuật điều chế là M-PAM or M-QAM, để cân
bằng giữa hiệu suất phổ, tốc độ với tỉ lệ lỗi bit
(BER) người ta dùng kỹ thuật điều chế thích
nghi [2].
Hệ thống OFDM tuy có nhiều ưu điểm

nhưng cũng có những khuyết điểm như tỉ lệ
cơng suất đỉnh trên cơng 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
giảm PAPR.

Tác giả sử dụng phương pháp nghiên cứu
lý thuyết và mơ phỏng hệ thống.
3. MƠ HÌNH HỆ THỐNG

3.1. Kỹ thuật điều chế thích nghi
Trong hệ thống OFDM sử dụng các bộ
điều chế bậc thấp hơn như BPSK, 4 QAM và
8 QAM sẽ cải thiện Tỷ lệ lỗi bit (BER)
nhưng làm giảm hiệu suất phổ và tốc độ, mặt
khác sử dụng các bộ điều biến bậc cao hơn
như 64 QAM, 128 QAM và 256 QAM sẽ làm
tăng hiệu quả phổ và tốc độ nhưng dẫn đến
BER kém. Vì vậy, để cân bằng giữa hiệu suất
phổ và BER (Tỷ lệ lỗi bit) thì điều chế thích
nghi được sử dụng.
Tại máy phát, khối điều chế thích nghi bao
gồm các bộ điều chế khác nhau được sử dụng

để cung cấp các lệnh điều chế khác nhau.
Việc chuyển đổi giữa các bộ điều chế này sẽ
phụ thuộc vào tỷ số tín hiệu trên tạp (SNR)
tức thời. Mơ hình hệ thống OFDM sử dụng
điều chế thích nghi như Hình 1.

288

Hình 1. Mơ hình hệ thống OFDM
sử dụng điều chế thích nghi


Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2021. ISBN: 978-604-82-5957-0

3.2. Thuật toán NBPSO dựa trên phương
pháp DSI
DSI được chèn thêm vào phần sau của
chuỗi dữ liệu chỉ với mục đích giảm PAPR
và sẽ được loại bỏ tại bên thu. Do vậy thiết bị
tại bên thu sẽ không phải thêm thiết bị cũng
như tính tốn. Hình 2 mơ tả chèn cuỗi ký tự
bổ xung (DSI-Dummy Sequence Insertion).
IFFT input (M subcarriers)
Data (x)
(N subcarriers)
1

2

..


Dummy sequence (s)
(L subcarriers)
N

1

2

..

L

NBPSO được khởi tạo với một nhóm các
hạt ngẫu nhiên và sau đó tìm kiếm tối ưu
bằng cách cập nhật các thế hệ. Trong mỗi lần
lặp lại, hạt tự cập nhật thông qua việc theo
dõi hai vị trí tốt nhất:
Đầu tiên là vị trí cục bộ tốt nhất (ndividual
best - p_best), đại diện cho vectơ vị trí của
giải pháp tốt nhất của hạt này đã đạt được
cho đến hiện tai.
Vị trí cịn lại là vị trí tốt nhất tồn cục
(global best - g_best), đại diện cho vị trí tốt
nhất mà bất kỳ hạt nào có được cho đến hiện
tại.
Với NBPSO, hàm vận tốc được cập nhât
theo cơng thức sau:
S(vjk) =2x|(Sigmoid(vjk)-0.5)|,


Hình 2. Cấu trúc dữ liệu và chuỗi bổ xung
Sau khi thực hiện IFFT, tín hiệu ra có thể
được biểu diễn như sau:
y(t) = IFFT([x s]t)
PAPR của tín hiệu OFDM với phương
pháp DSI có thể được định nghĩa như sau:
2

PAPR 

max | y (t ) |
E | y (t ) |2





Nhược điểm của phương pháp DSI là đơi
khi tính tốn cao.
Để giảm việc tính tốn và nâng cao hiệu
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
hố, mà có thể tạo ra giải pháp chất lượng
cao trong khi tính tốn 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
này hay trạng thái khác. Do đó, một hạt
chuyển động trong một không gian trạng thái
bị giới hạn ở 0 và 1 trên mỗi chiều.

với Sigmoid (v jk ) 

1
 v , and
1  e jk

vjk (t+1) = w.vjk(t) + c1.rand().(p_bestjk – zjk)
+ c2.rand().(g_bestk – zjk ).
Vị trí được cặp nhật theo công thức sau:
If rand()< S(vjk(t+1)) then zjk( t+1)=
exchange(zjk(t)) else zjk( t+1) = zjk(t).
Trong đó vjk là vận tốc phần tử thứ k trong
hạt thứ j zjk là vị trí phần tử thứ k trong hạt
thứ j.
Hình 3 là sơ đồ mơ phỏng hệ thống.

289

Hình 3. Sơ đồ giảm méo phi tuyến cho hệ
thống OFDM dùng kỹ thuật điều chế thích
nghi bằng thuật tốn NBPSO dựa trên

phương pháp DSI


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
Trong bài báo này các thông số của
NBPSO được lấy như trong tài liệu tham
khảo [3]: c1 = c2 = 2, trọng số w được đặt
giảm tuyến tính từ 0.6 đến 0.2, số lượng hạt
là 20 (NP), số phần tử trong hạt là 32 (P), số
lần lặp (T) là 32.
Hệ thống OFDM được mô phỏng với các
thông số sau: Số khung OFDM là 256, tổng số
sóng mang con (FFT/IFFT) là 256, số sóng
mang dữ liệu = 92, số sóng mang DSI = 8, tiền
tố lặp =1/8, điều chế với 4, 16, 64QAM.
Hình 4 là kết quả mô phỏng hệ thống
OFDM qua kênh AWGN với điều chế lần
lượt là 4 QAM, 16 QAM, 64 QAM, điều chế
thích nghi và điều chế thích nghi bằng thuật
toán NBPSO sử dụng phương pháp DSI.

3dB < SNR <= 9dB) thì dùng điều chế
16QAM ứng với hiệu suất phổ 4b/Symbol,
cịn khi SNR > 9dB thì dùng 64QAM ứng hiệu
suất phổ 6b/Symbol. Như vậy với bộ điều chế
thích nghi thì tùy thuộc điều kiện kênh truyền
tốt hay xấu để có thể dùng bộ điều chế cho phù
hợp nhằm đảm bảo hiệu suất phổ tốt nhất.

Từ đồ thị ta thấy tại cùng tỉ số SNR, khi sử
dụng thuật toán tối ưu NBPSO thì BER giảm
đi rất đáng kể. Như vậy sử dụng thuật tốn
thối ưu NBPSO có khả năng làm giảm lỗi
cho hệ thống hay méo phi tuyến thông qua
giảm PAPR.
4. KẾT LUẬN

Bài báo đã trình bày giảm méo phi tuyến
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

Hình 4. Tỷ lệ lỗi bit BER qua SNR
Nhìn vào hình ta thấy với điều chế thường,
tại BER = 10-4 thì với các bộ điều chế bậc
càng thấp thì SNR càng nhỏ hay kênh truyền
nhiễu hơn, ngược lại với các bộ điều chế bậc
càng cao thì SNR càng lớn hay kênh truyền ít
nhiễu hơn.
Tuy nhiên với điều chế bậc (M) thấp hơn thì
tốc độ bit sẽ nhỏ hơn vì b = log2(M)/Symbol
ứng với hiệu suất phổ nhỏ, ngược lại khi điều
chế bậc cao hơn thì tốc độ bít sẽ lớn hơn và

hiệu suất phổ cũng cao hơn.
Với bộ điều chế thích nghi, khi kênh
truyền nhiễu cao (ứng SNR <= 3dB) thì dùng
điều chế 4QAM hay hiệu suất phổ thấp
2b/Symbol, khi kênh truyền tốt hơn (ứng

[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
Signal Processing (TSP). Milan, Italy.
[2] 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.
[3] Lap Maivan, Thang Nguyentrong. 2019.
New Binary Particile Swarm Optimization
on Dummy Sequence Isertion Method for
Nonlinear Reducion in Optical Direct
Detetion Orthogonal Frequency Division
Multiplexing System. Journal of Optics.

290