Nghiên cứu phát triển các kĩ thuật xử lý tín hiệu để nâng cao hiệu năng cho các

i BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC ĐẶNG TRUNG HIẾU NGHIÊN CỨU, PHÁT TRIỂN CÁC KỸ THUẬT XỬ LÝ TÍN HIỆU ĐỂ NÂNG CAO HIỆU NĂNG CHO CÁC HỆ THỐNG VÔ TUYẾN ĐA SÓNG MANG THẾ HỆ TIẾP THEO LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI - 2024 ii BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC ĐẶNG TRUNG HIẾU NGHIÊN CỨU, PHÁT TRIỂN CÁC KỸ THUẬT XỬ LÝ TÍN HIỆU ĐỂ NÂNG CAO HIỆU NĂNG CHO CÁC HỆ THỐNG VÔ TUYẾN ĐA SÓNG MANG THẾ HỆ TIẾP THEO Ngành : Kỹ thuật Điện tử Mã ngành : 9 52 02 03 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. NGUYỄN LÊ CƯỜNG 2. TRẦN VĂN NGHĨA HÀ NỘI - 2024 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận án: “Nghiên cứu, phát triển các kỹ thuật xử lý tín hiệu để nâng cao hiệu năng cho các hệ thống vô tuyến đa sóng mang thế hệ tiếp theo” là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các kết quả trình bày trong luận án là trung thực và đã được công bố trên các tạp chí khoa học chuyên ngành thuộc danh mục ISI/Scopus và kỷ yếu hội nghị khoa học quốc tế.

Hà Nội, ngày tháng năm 2024 Tập thể cán bộ hướng dẫn Nghiên cứu sinh PGS. Nguyễn Lê Cường TS. Trần Văn Nghĩa Đặng Trung Hiếu ii LỜI CẢM ƠN Trước tiên và quan trọng nhất, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến các thầy giáo - PGS. Nguyễn Lê Cường và TS.

Trần Văn Nghĩa, những người đã luôn dành thời gian và kiến thức của mình để hướng dẫn, hỗ trợ cho tôi trong suốt quá trình này. Những lời chỉ bảo, sự động viên và sự kiên nhẫn của các Thầy đã giúp tôi vượt qua những thách thức và có nhiều tiến bộ trong quá trình học tập, nghiên cứu. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn đến các thầy giáo, cô giáo của khoa Điện tử Viễn thông và phòng Đạo tạo Sau đại học, Trường Đại học Điện lực, đã tận tình chỉ bảo, giúp đỡ tôi trong suốt quá học tập, nghiên cứu tại Trường. Tôi xin trân trọng cảm ơn tập thể lãnh đạo Nhà trường đã tạo những điều kiện tốt nhất về thời gian và kinh phí để tôi có thể hoàn thành khóa học.

Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến các nhà khoa học trong và ngoài trường đã đóng góp các ý kiến quý báu và hỗ trợ tôi trong mọi khía cạnh của luận án này. Cuối cùng, tôi muốn gửi lời cảm ơn đặc biệt đến gia đình và bạn bè của tôi, người đã luôn ủng hộ và động viên tinh thần cho tôi trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu. Hà Nội, ngày tháng năm 2024 Nghiên cứu sinh Đặng Trung Hiếu iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN. ii MỤC LỤC.

iii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT. vi DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ.x DANH MỤC BẢNG BIỂU. xiii MỞ ĐẦU.1 Chương 1: CÁC DẠNG SÓNG TIỀM NĂNG CHO CÁC HỆ THỐNG THÔNG TIN VÔ TUYẾN THẾ HỆ TIẾP THEO. Cơ bản về OFDM.

Nguyên lý cơ bản của OFDM. Các ưu, nhược điểm của hệ thống OFDM. Một số ứng dụng của OFDM trong các hệ thống thông tin vô tuyến hiện đại. Thực hiện phép biến đổi FFT/IFFT có độ phức tạp thấp.

Thuật toán CORDIC thông thường. Một số phương pháp cải tiến của thuật toán CORDIC thông thường. Một số phương pháp điển hình giảm PAPR trong các hệ thống OFDM. Tổng quan về PAPR.

Phương pháp cắt và lọc. Kỹ thuật ACE truyền thống. Một số dạng sóng tiềm năng điển hình cho các hệ thống thông tin vô tuyến đa sóng mang thế hệ tiếp theo. So sánh đặc tính phổ của f-OFDM và FBMC.

Một số vấn đề cần giải quyết khi áp dụng các dạng sóng tiềm năng điển hình cho các hệ thống thông tin vô tuyến thế hệ tiếp theo. Kết luận chương 1 .38 Chương 2: PHÁT TRIỂN PHƯƠNG PHÁP GIẢM PAPR CHO TÍN HIỆU OFDM. Phương pháp lọc tạp âm cắt ràng buộc. Mô tả phương pháp lọc tạp âm cắt ràng buộc.

Phân tích độ phức tạp tính toán của phương pháp CCNF đề xuất. Các kết quả mô phỏng về hiệu quả của phương pháp CCNF đề xuất. Phương pháp ACE không lặp cận tối ưu. Kỹ thuật ACE không lặp cận tối ưu.

Các kết quả mô phỏng về hiệu quả của phương pháp ACE không lặp cận tối ưu đề xuất. Thuật toán lai ACE - CCNF đề xuất. Mô tả thuật toán lai ACE - CCNF đề xuất. Mô tả sơ đồ phần cứng của thuật toán lai ACE-CCNF đề xuất.

Phân tích độ phức tạp tính toán. Phân tích các kết quả thử nghiệm. Kết luận chương 2 .84 Chương 3: PHÁT TRIỂN PHƯƠNG PHÁP QUAY PHA SONG SONG CHO FFT/IFFT KÍCH THƯỚC LỚN TRONG HỆ THỐNG OFDM. Giới thiệu chung về phương pháp quay pha đề xuất và kiến trúc của nó.

Chi tiết các bước của phương pháp đề xuất. Phép quay trước. Phép quay thô. Phép quay chính xác.

Kiến trúc phần cứng đề xuất. Khối hệ số tỉ lệ. Thiết kế khối quay trước. Thiết kế khối quay thô.

Thiết kế khối quay chính xác. Các kết quả thử nghiệm. Độ phức tạp tính toán và mức độ sử dụng tài nguyên FPGA. Phân tích lỗi.

Kết luận chương 3 .124 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU.127 TÀI LIỆU THAM KHẢO.130 vi DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT Từ Cụm từ tiếng anh Nghĩa tiếng việt viết tắt The 3rd Generation Partnership 3GPP Dự án hợp tác thế hệ thứ 3 Project 5G-NR 5G -New Radio Vô tuyến mới - 5G ACE Active Constellation Extension Mở rộng chòm sao hoạt động AGP Approximate Gradient-Project Chiếu Gradien gần đúng Adaptive Simplified approach to Phương pháp đơn giản thích ASOICAF Optimized Iterative Clipping and nghi cho cắt và lọc lặp lại Filtering được tối ưu AWGN Additive White Gauss Noise Tạp âm Gauss trắng cộng tính BER Bit Error Rate Tỉ số lỗi bít CAF Clipping and Filtering Cắt và lọc Complementary Cumulative Hàm phân phối tích lũy bổ CCDF Distribution Function sung CCNF Constrained Clipping Noise Filtering Lọc tạp âm cắt ràng buộc CFO Carrier Frequency Offset Độ lệch tần số sóng mang Coded Orthogonal Frequency Ghép kênh phân chia theo tần COFDM Division Multiplexing số trực giao được mã hóa Máy tính kỹ thuật số quay tọa CORDIC Coordinate Rotation Digital Computer độ CP Cyclic Prefix Tiền tố vòng Chuỗi truyền từng phần thông C-PTS Conventional Part Transmit Sequence thường Mạng truy nhập vô tuyến tập C-RAN Centralized Radio Access Network trung DAB Digital Audio Broadcasting Phát thanh kỹ thuật số vii Từ Cụm từ tiếng anh Nghĩa tiếng việt viết tắt DAC Digital Analog Converter Bộ chuyển đổi tương tự, số DL Down Link Đường xuống Differential Quadrature Phase Shift Khóa dịch pha cầu phương vi DQPSK Keying sai DVB Digital Video Broadcasting Truyền hình kỹ thuật số Digital Video Broadcasting - Truyền hình kỹ thuật số cầm DVB-H Handheld tay Digital Video Broadcasting - Truyền hình kỹ thuật số mặt DVB-T Terrestrial đất Digital Video Broadcasting - Second Truyền hình kỹ thuật số mặt DVB-T2 Generation Terrestrial đất thế hệ 2 EVM Error Vector Magnitude Độ lớn véc-tơ lỗi Điều chế đa sóng mang dải FBMC Filter Bank Multicarrier Modulation lọc Ghép kênh phân chia theo tần FDM Frequency Division Multiplexing số FFT Fast Fourier Transform Biến đổi Fourier nhanh f-OFDM Filtered OFDM OFDM được lọc Mạch cỡ lớn dùng cấu trúc FPGA Field-Programmable Gate Array mảng phần tử logic có thể lập trình được GI Guard Interval Khoảng bảo vệ Generalized Frequency Division Ghép kênh phân chia theo tần GFDM Multiplexing số tổng quát GS Generic Stream Dòng (dữ liệu) chung HDL Hardware Description Language Ngôn ngữ mô tả phần cứng HPA High Power Amplifier Bộ khuếch đại công suất cao IB In Band Trong băng IBI Interblock Interference Nhiễu liên khối viii Từ Cụm từ tiếng anh Nghĩa tiếng việt viết tắt ICAF Iterative Clipping and Filtering Cắt và lọc lặp lại ICI Interchannel Interference Nhiễu liên kênh Biến đổi Fourier rời rạc IDFT Inverse Discrete Fourier transform ngược IFFT Inverse Fast Fourier Transform Biến đổi Fourier nhanh ngược ISI Inter Symbol Interference Nhiễu liên kí tự LTE Long-Term Evolution Sự tiến hóa dài hạn LUT Look Up Table Bảng tra MCM MultiCarrier Modulation Điều chế đa sóng mang MER Modulation Error Ratio Tỉ lệ lỗi điều chế MISO Multiple Input, Single Output Nhiều đầu vào, một đầu ra Nhóm chuyên gia hình ảnh MPEG Moving Picture Experts Group động Orthogonal Frequency Division Ghép kênh phân chia theo tần OFDM Multiplexing số trực giao Orthogonal Frequency Division Đa truy nhập phân chia theo OFDMA Multiplex Access tần số trực giao Optimized Iterative Clipping and OICAF Cắt và lọc lặp lại tối ưu Filtering OOBE Out of Band Emission Phát xạ ngoài dải Tỉ số công suất đỉnh trên công PAPR Peak-to-Average Power Ratio suất trung bình POCS Projection Onto Convex Sets Chiếu lên các tập lồi PSD Power Spectral Density Mật độ phổ công suất PSK Phase Shift Keying Khóa dịch pha PTS Part Transmit Sequence Chuỗi truyền từng phần QAM Quadrature Amplitude Modulation Điều chế biên độ cầu phương ix Từ Cụm từ tiếng anh Nghĩa tiếng việt viết tắt RC Raised Cosine Cosine nâng SC-FDMA Single Carrier-FDMA FDMA đơn sóng mang SCS SubCarrier Spacing Khoảng cách sóng mang con SE Spectral Efficiency Hiệu suất phổ SF- Scale-Free Coordinate Rotation Máy tính kỹ thuật số xoay tọa CORDIC Digital Compute độ không tỉ lệ SFN Single Frequency Network Mạng đơn tần số SLM Selective Mapping Ánh xạ chọn lọc SNR Signal-to-Noise Ratio Tỉ số tín hiệu trên tạp âm Simplified approach to Optimized Phương pháp đơn giản cho SOICAF Iterative Clipping and Filtering cắt và lọc lặp lại được tối ưu SRRC Square Root Raised Cosine Cosin nâng căn bậc 2 STO Symbol Timing Offset Độ lệch thời gian tín hiệu TS Transport Stream Dòng truyền tải TR Tone Reservation Đặt trước tần số Đa sóng mang được lọc toàn UFMC Universal Filtered MultiCarrier bộ UP Up Link Đường lên x DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1. Nguyên lý cơ bản của điều chế và giải điều chế OFDM. Điều chế /giải điều chế OFDM bằng xử lý IFFT/FFT. Phân tán thời gian và định thời tín hiệu nhận được tương ứng.

Chèn tiền tố vòng. Sơ đồ khối hệ thống tạo tín hiệu OFDM. Kiến trúc RF của 5G NR. Phép quay một chuỗi các góc cực nhỏ trong CORDIC.

Kiến trúc không cuộn (unrolled). Sơ đồ khối của phương pháp CAF. Sơ đồ khối quá trình xử lý méo IB và OOB của các phương pháp CAF 24 Hình 1. Thuật toán xử lý trong băng.

Đáp ứng bộ lọc f-OFDM. Sự chồng lấn tín hiệu giữa các kí hiệu. Sơ đồ khối máy phát trong phương pháp FBMC. Đáp ứng của bộ lọc Nyquist.

PSD của các tín hiệu OFDM, f-OFDM và FBMC. Minh họa thuật toán xử lý trong băng. Mức PAPR có thể đạt được với các mức cắt mục tiêu khác nhau. So sánh đường cong CCDF của phương pháp CCNF đề xuất với thuật toán CC[39] và ICAF [57] .