binhyen245
New Member
Link tải luận văn miễn phí cho ae Kết Nối
MỤC LỤC
Nội dung Trang
MỤC LỤC 2
DANH MỤC HÌNH VẼ 5
DANH MỤC BẢNG 8
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT 9
MỞ ĐẦU 12
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ OFDM 14
1.1 Giới thiệu chương 14
1.2 Các nguyên lý cơ bản của OFDM 14
1.3 Đơn sóng mang (Single Carrier) 19
1.4 Đa sóng mang (Multi-Carrier) 20
1.5 Sự trực giao (Orthogonal) 22
1.5.1 Trực giao miền tần số 23
1.5.2 Mô tả toán học của OFDM 24
1.6 Các kỹ thuật điều chế trong OFDM 30
1.6.1 Điều chế BPSK 30
1.6.2 Điều chế QPSK 32
1.6.3 Điều chế QAM 34
1.6.4 Mã Gray 35
CHƯƠNG 2: ƯU NHƯỢC ĐIỂM VÀ HẠN CHẾ CỦA KỸ THUẬT
OFDM 38
2.1 Ưu điểm của kỹ thuật OFDM 38
2.2 Nhược điểm của kỹ thuật OFDM 39
2.3 Những hạn chế của kỹ thuật OFDM 39
2.3.1 Tín hiệu thu lý tưởng 39
2.3.2 Lệch tần số sóng mang (CFO: Carrier Frequency Offset) …..40
2.3.3 Lệch định thời ký tự (TO: Timing Offset) …..42
2.3.4 Lệch tần số lấy mẫu(SFO:Sampling Clock Frequency Offset) …..43
2.3.5 Nhiễu pha (PHN: Phase Noise) …..44
Chương 3 : ỨNG DỤNG CỦA OFDM…………………………………………46
3.1. Phát thanh quảng bá số (DAB) …………………………………………………………..46
3.2 . Hệ thống truyền hình số quảng bá (DVB)………………………………. ...49
3.2.1 Tổng quan về DVB_T………………………………………………..50
3.2.2 Tính trực giao của các sóng mang OFDM trong DVB_T……………53
3.2.3 Biến đổi IFFT và điều chế tín hiệu trong DVB-T……………………53
3.2.4. Lựa chọn điều chế cơ sở……………………………………………..54
3.2.5. Số lượng, vị trí và nhiệm vụ của các sóng mang………………. …...55
3.2.6. Chèn khoảng thời gian bảo vệ………………………………............58
3.2.7. Tổng vận tốc dòng dữ liệu của máy phát số DVB-T ……………….60
3.2.8. Điện thoại di động trong hệ thống truyền hình số mặt đất DVB-T ... 60
3.2.9. Hệ thống quảng bá truyền hình số vệ tinh DVB-S………………….61
3.2.10. Hệ thống quảng bá truyền hình số hữu tuyến DVB-C………….62
3.3 Kỹ thuật OFDM trong Winmax…………………………………………... 64
3.3.1 Giới thiệu kỹ thuật OFDMA ………………………………………. 64
3.3.2 Đặc điểm ………………………………………………………….. 65
3.3.3 OFDMA nhảy tần…………………………………………………66
3.3.4 Hệ thống OFDMA……………………………………………….. 68
3.3.4.1 Chèn chuỗi dẫn đường ở miền tần số và miền thời gian……72
3.3.4.2 Điều chế thích nghi…………………………………………73
3.3.4.3 Các kĩ thuật sửa lỗi…………………………………………74
3.3.4.3.1 Mã hóa LDPC (Low-Density-Parity-Check)……...75
3.3.4.3.2 Mã hoá Reed-Solomon…………………………..78
3.3.5 Điều khiển công suất………………………………………………80
3.4 Dịch vụ quảng bá số mặt đất ISDB-T ( Integrated Services Digital Broadcasting – Terrestrial )……………………………………………………….81
3.5 Hệ thống HiperLAN/2 (IEEE802.11a) …………………………………….84
3.6 Thế hệ thông tin di động 4G…………………………………………………84
3.7 Hệ thống DRM………………………………………………………………..85
3.7 Những ứng dụng khác……………………………………………………….87
3.7.1 IEEE802.11g…………………………………………………......... 87
3.7.2 IEEE 802.11h………………………………………………………87
3.7.3 IEEE 802.16a………………………………………………………87
MỞ ĐẦU
Trong những năm gần đây, các dịch vụ viễn thông phát triển hết sức nhanh chóng đã tạo ra nhu cầu to lớn cho các hệ thống truyền dẫn thông tin. Mặc dù các yêu cầu kỹ thuật cho các dịch vụ này là rất cao song cần có các giải pháp thích hợp để thực hiện. Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) là một phương pháp điều chế cho phép truyền dữ liệu tốc độ cao trong các kênh truyền chất lượng thấp. OFDM đã được sử dụng trong phát thanh truyền hình số, đường dây thuê bao số không đối xứng, mạng cục bộ không dây. Với các ưu điểm của mình, OFDM đang tiếp tục được nghiên cứu và ứng dụng trong các lĩnh vực khác như truyền thông qua đường dây tải điện, thông tin di động, Wireless ATM …
OFDM là nằm trong lớp các kỹ thuật điều chế đa song mang. Kỹ thuật này phân chia dải tần cho phép thành rất nhiều dải tần con với các sóng mang khác nhau, mỗi sóng mang này được điều chế để truyền một dòng dữ liệu tốc độ thấp. Tập hợp các dòng dữ liệu tốc độ thấp này chính là dòng dữ liệu tốc độ cao cần truyền tải. Các sóng mang trong kỹ thuật điều chế đa sóng mang là họ sóng mang trực giao. Điều này cho phép ghép chồng phổ giữa các sóng mang do đó sử dụng giải thông một cách có hiệu quả. Ngoài ra sử dụng họ sóng mang trực giao còn mang lại nhiều lợi thế kỹ thuật khác, do đó các hệ thống điều chế đa sóng mang đều sử dụng họ sóng mang đa trực giao và gọi chung là ghép kênh theo tần số trực giao OFDM.
Khái niệm truyền dữ liệu song song bằng cách ghép kênh phân chia theo tần số (FDM) được giới thiệu từ giữa những năm 60. Ý tưởng là sử dụng các luồng dữ liệu song song và FDM với các kênh con gối lên nhau để không phải sử dụng bộ cân bằng tốc độ cao và loại bỏ nhiễu xung, méo đa đường và tận dụng toàn bộ lượng băng thông. Ứng dụng đầu tiên là trong quân sự, trong lĩnh vực viễn thông thuật ngữ đa tần rời rạc (DMT – Discrete Multi-tone), điều chế đa kênh và điều chế đa sóng mang (MCM) được sử dụng rộng rãi và còn được gọi cách khác là OFDM. Vào những năm 80, OFDM được nghiên cứu sử dụng trong các modem tốc độ cao, trong di động số và ghi âm mật độ cao. Một trong những hệ thống sử dụng một tần số pilot cho sóng mang ổn định và điều khiển tần số đồng hồ, mã hóa trellis được thực hiện. Nhiều modem tốc độ cao được phát triển cho mạng điện thoại. Vào những năm 90, OFDM được sử dụng trong truyền dữ liệu băng rộng qua kênh vô tuyến di động FM, đường dây thuê bao số tốc độ cao (HDSL, 1.6Mb/s), đường dây thuê bao số bất đối xứng (ADSL, 1.536 Mb/s), đường dây thuê bao số tốc độ rất cao (VHDSL, 100 Mb/s), quảng bá audio số (DAB) và HDTV.
Bên cạnh những lợi ích rất lớn của OFDM, thì mặt hạn chế của nó là vấn đề lỗi đồng bộ (SFO,CFO) và kênh truyền biến đổi theo thời gian. Hoạt động của OFDM rất nhạy với lỗi đồng bộ ở bộ nhận. Lỗi đồng bộ tạo ra nhiễu giao thoa liên sóng mang (ICI), nó sẽ phá hủy tính trực giao giữa các sóng mang OFDM. Mà kỹ thuật OFDM chỉ phát huy được những ưu điểm của nó khi tính trực giao được duy trì. Vì vậy có rất nhiều nghiên cứu tập trung vào nó để nâng cao chất lượng hoạt động của nó. Trong đó có một phương pháp rất hữu hiệu là Kết hợp ước lượng kênh và đồng bộ sử dụng Pilot Tone cùng với kỹ thuật giảm ICI cho hệ thống OFDM. Phương pháp này ước lượng lệch tần số sóng mang và bù SFO, CFO trong miền thời gian làm giảm ICI. Khi ICI giảm, tính trực giao của kỹ thuật OFDM sẽ được duy trì tốt và các ưu điểm của kỹ thuật được phát huy mạnh mẽ. Ta có thể thấy rằng phương pháp này là một phần quan trọng trong kỹ thuật OFDM. Đồ án này tập trung nghiên cứu sâu về phương pháp hữu hiệu này.
Nội dung trình bày đồ án bao gồm:
Chương 1: Giới thiệu tổng quan về OFDM
Chương 2: Giới thiệu các ứng dụng của OFDM
Chương 3: Trình bày các hạn chế gây ảnh hưởng đến OFDM
Chương 1
GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ OFDM
1.1. Giới thiệu chương
Chương này sẽ giới thiệu về các khái niệm, nguyên lý cũng như thuật toán của OFDM. Các nguyên lý cơ bản của OFDM, mô tả toán học, kỹ thuật đơn sóng mang, đa sóng mang và các kỹ thuật điều chế trong OFDM. Bên cạnh đó các ứng dụng và ưu nhược điểm của hệ thống OFDM cũng được đưa ra ở đây.
1.2. Các nguyên lý cơ bản của OFDM
Nguyên lý cơ bản của OFDM là chia một luồng dữ liệu tốc độ cao thành các luồng dữ liệu tốc độ thấp hơn và phát đồng thời trên một số các sóng mang con trực giao. Vì khoảng thời gian symbol tăng lên cho các sóng mang con song song tốc độ thấp hơn, cho nên lượng nhiễu gây ra do độ trải trễ đa đường được giảm xuống. Nhiễu xuyên ký tự ISI được hạn chế hầu như hoàn toàn do việc đưa vào một khoảng thời gian bảo vệ trong mỗi symbol OFDM. Trong khoảng thời gian bảo vệ, mỗi symbol OFDM được bảo vệ theo chu kỳ để tránh nhiễu giữa các sóng mang ICI.
Giữa kỹ thuật điều chế đa sóng mang không chồng phổ và kỹ thuật điều chế đa sóng mang chồng phổ có sự khác nhau. Trong kỹ thuật đa sóng mang chồng phổ, ta có thể tiết kiệm được khoảng 50% băng thông. Tuy nhiên, trong kỹ thuật đa sóng mang chồng phổ, ta cần triệt xuyên nhiễu giữa các sóng mang, nghĩa là các sóng này cần trực giao với nhau.
Trong OFDM, dữ liệu trên mỗi sóng mang chồng lên dữ liệu trên các sóng mang lân cận. Sự chồng chập này là nguyên nhân làm tăng hiệu quả sử dụng phổ trong OFDM. Ta thấy trong một số điều kiện cụ thể, có thể tăng dung lượng đáng kể cho hệ thống OFDM bằng cách làm thích nghi tốc độ dữ liệu trên mỗi sóng mang tùy theo tỷ số tín hiệu trên tạp âm SNR của sóng mang đó.
Về bản chất, OFDM là một trường hợp đặc biệt của cách phát đa sóng mang theo nguyên lý chia dòng dữ liệu tốc độ cao thành tốc độ thấp hơn và phát đồng thời trên một số sóng mang được phân bổ một cách trực giao. Nhờ thực hiện biến đổi chuỗi dữ liệu từ nối tiếp sang song song nên thời gian symbol tăng lên. Do đó, sự phân tán theo thời gian gây bởi trải rộng trễ do truyền dẫn đa đường (multipath) giảm xuống.
OFDM khác với FDM ở nhiều điểm. Trong phát thanh thông thường mỗi đài phát thanh truyền trên một tần số khác nhau, sử dụng hiệu quả FDM để duy trì sự ngăn cách giữa những đài. Tuy nhiên không có sự kết hợp đồng bộ giữa mỗi trạm với các trạm khác. Với cách truyền OFDM, những tín hiệu thông tin từ nhiều trạm được kết hợp trong một dòng dữ liệu ghép kênh đơn. Sau đó dữ liệu này được truyền khi sử dụng khối OFDM được tạo ra từ gói dày đặc nhiều sóng mang. Tất cả các sóng mang thứ cấp trong tín hiệu OFDM được đồng bộ thời gian và tần số với nhau, cho phép kiểm soát can nhiễu giữa những sóng mang. Các sóng mang này chồng lấp nhau trong miền tần số, nhưng không gây can nhiễu giữa các sóng mang (ICI) do bản chất trực giao của điều chế. Với FDM những tín hiệu truyền cần có khoảng bảo vệ tần số lớn giữa những kênh để ngăn ngừa can nhiễu. Điều này làm giảm hiệu quả phổ. Tuy nhiên với OFDM sự đóng gói trực giao những sóng mang làm giảm đáng kể khoảng bảo vệ cải thiện hiệu quả phổ.
Hình 1.2: Sơ đồ hệ thống OFDM
Đầu tiên, dữ liệu vào tốc độ cao được chia thành nhiều dòng dữ liệu song song tốc độ thấp hơn nhờ bộ chuyển đổi nối tiếp/song song (S/P: Serial/Parrallel). Mỗi dòng dữ liệu song song sau đó được mã hóa sử dụng thuật toán sửa lỗi tiến (FEC) và được sắp xếp theo một trình tự hỗn hợp. Những symbol hỗn hợp được đưa đến đầu vào của khối IDFT. Khối này sẽ tính toán các mẫu thời gian tương ứng với các kênh nhánh trong miền tần số. Sau đó, khoảng bảo vệ được chèn vào để giảm nhiễu xuyên ký tự ISI do truyền trên các kênh di động vô tuyến đa đường. Sau cùng bộ lọc phía phát định dạng tín hiệu thời gian liên tục sẽ chuyển đổi lên tần số cao để truyền trên các kênh. Trong quá trình truyền, trên các kênh sẽ có các nguồn nhiễu gây ảnh hưởng như nhiễu trắng cộng AWGN,…
Ở phía thu, tín hiệu được chuyển xuống tần số thấp và tín hiệu rời rạc đạt được tại bộ lọc thu. Khoảng bảo vệ được loại bỏ và các mẫu được chuyển từ miền thời gian sang miền tần số bằng phép biến đổi DFT dùng thuật toán FFT. Sau đó, tùy vào sơ đồ điều chế được sử dụng, sự dịch chuyển về biên độ và pha của các sóng mang nhánh sẽ được cân bằng bằng bộ cân bằng kênh (Channel Equalization). Các symbol hỗn hợp thu được sẽ được sắp xếp ngược trở lại và được giải mã. Cuối cùng chúng ta sẽ thu nhận được dòng dữ liệu nối tiếp ban đầu.
• WirelessMAN-OFDM : sử dụng kỹ thuật OFDM có 256 sóng mang phụ, phương pháp truy cập TDMA.
• WirelessMAN-OFDMA : sử dụng phương pháp truy cập OFDM (OFDMA) với 2048 sóng mang phụ.
Hệ thống này thực hiện đa truy cập bằng cách dùng đa sóng mang phụ trên mỗi máy thu cá nhân. Hệ thống cũng sử dụng kiểu trải phổ nhảy tần để tránh giao thoa.
KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI
Kỹ thuật ghép kênh phân chia theo tần số trực giao - OFDM là một kỹ thuật hiện đại cho truyền thông tương lai. Đây là kỹ thuật hết sức mới mẻ, việc nghiên cứu và ứng dụng OFDM đang trong giai đoạn khẩn trương. Trong đó, những vấn đề kỹ thuật là các đối tượng được quan tâm nghiên cứu nhiều nhất. Đồ án tốt nghiệp này chỉ tìm hiểu một số vấn đề kỹ thuật chính trong hệ thống OFDM, đó là: Ước lượng kênh, đồng bộ và ứng dụng của kỹ thuật OFDM trong truyền dẫn tín hiệu DVB-T.
Vì khả năng chống hiệu ứng đa đường động rất tốt của hệ thống OFDM đã tạo cho nghành truyền hình có hai khả năng mới mà truyền hình tương tự cũng như truyền hình số tuân theo tiêu chuẩn không thể đạt được là :
* Khả năng thu di động các dịch vụ truyền hình quảng bá.
* Khả năng tạo nên một mạng đơn tần trong một phạm vi rộng .
Đối với hệ thống truyền hình tương tự cũng như một hệ thống thông tin , các máy phát cạnh nhau dùng chung một tần số là một vấn đề vô cùng khó khăn. Vì vậy các hệ thống cần có sự quy hoạch tần số cẩn thận cũng như các phương án tái sử dụng tần số. Mạng đơn tần SFN là mạng gồm nhiều máy phát động trên cùng một tần số và phát cùng một nội dung. Mỗi máy phát trong một mạng SFN sẽ tuân theo quy tắc sau :
* Phát cùng một tần số.
* Phát cùng một lúc.
* Phát cùng một dữ liệu.
Như vậy một điểm thu tại biên vùng phủ sóng sẽ thu được nhiều tín hiệu từ các trạm phát khác nhau và bộ thu sẽ coi các tín hiệu này như các trễ nhân tạo. Vậy mạng SFN là khả thi vì OFDM có thể giải quyết được các vấn đề thu nhiều đường. Ứng dụng của SNF tạo một bước đột phá trong công nghệ phát sóng truyền hình, đó là phạm vi lớn có thể khai mạng dày đặc các máy phát hoạt động cùng tần số, trong khi tài nguyên tần số băng tần UHF/VHF ngày càng hạn hẹp thì triển khai SNF mang lại lợi ích vô cùng lớn.
Từ việc tìm hiểu các các kĩ thuật trong hệ thống OFDM đã được trình bày trong các chương trước chúng ta có thể tiếp tục nghiên cứu các ứng dụng của OFDM mà hiện nay đang được nghiên cứu ứng dụng trong lĩnh vực thông tin vô tuyến. Công nghệ này là lựa chọn kết hợp giữa các phương pháp điều chế cổ điển và các phương pháp đa truy cập vô tuyến, ứng dụng của OFDM sẽ dành cho mạch vòng vô tuyến nội hạt, LAN vô tuyến, dịch vụ truyền thông cá nhân tế bào. Các hệ thống đa truy cập cá nhân tế bào dựa trên OFDM như OFDM-TDMA và MC-TDMA đang được xem xét như một thế hệ tiếp theo của hệ thống vô tuyến nhiều người sử dụng .
Do Drive thay đổi chính sách, nên một số link cũ yêu cầu duyệt download. các bạn chỉ cần làm theo hướng dẫn.
Password giải nén nếu cần: ket-noi.com | Bấm trực tiếp vào Link để tải:
MỤC LỤC
Nội dung Trang
MỤC LỤC 2
DANH MỤC HÌNH VẼ 5
DANH MỤC BẢNG 8
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT 9
MỞ ĐẦU 12
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ OFDM 14
1.1 Giới thiệu chương 14
1.2 Các nguyên lý cơ bản của OFDM 14
1.3 Đơn sóng mang (Single Carrier) 19
1.4 Đa sóng mang (Multi-Carrier) 20
1.5 Sự trực giao (Orthogonal) 22
1.5.1 Trực giao miền tần số 23
1.5.2 Mô tả toán học của OFDM 24
1.6 Các kỹ thuật điều chế trong OFDM 30
1.6.1 Điều chế BPSK 30
1.6.2 Điều chế QPSK 32
1.6.3 Điều chế QAM 34
1.6.4 Mã Gray 35
CHƯƠNG 2: ƯU NHƯỢC ĐIỂM VÀ HẠN CHẾ CỦA KỸ THUẬT
OFDM 38
2.1 Ưu điểm của kỹ thuật OFDM 38
2.2 Nhược điểm của kỹ thuật OFDM 39
2.3 Những hạn chế của kỹ thuật OFDM 39
2.3.1 Tín hiệu thu lý tưởng 39
2.3.2 Lệch tần số sóng mang (CFO: Carrier Frequency Offset) …..40
2.3.3 Lệch định thời ký tự (TO: Timing Offset) …..42
2.3.4 Lệch tần số lấy mẫu(SFO:Sampling Clock Frequency Offset) …..43
2.3.5 Nhiễu pha (PHN: Phase Noise) …..44
Chương 3 : ỨNG DỤNG CỦA OFDM…………………………………………46
3.1. Phát thanh quảng bá số (DAB) …………………………………………………………..46
3.2 . Hệ thống truyền hình số quảng bá (DVB)………………………………. ...49
3.2.1 Tổng quan về DVB_T………………………………………………..50
3.2.2 Tính trực giao của các sóng mang OFDM trong DVB_T……………53
3.2.3 Biến đổi IFFT và điều chế tín hiệu trong DVB-T……………………53
3.2.4. Lựa chọn điều chế cơ sở……………………………………………..54
3.2.5. Số lượng, vị trí và nhiệm vụ của các sóng mang………………. …...55
3.2.6. Chèn khoảng thời gian bảo vệ………………………………............58
3.2.7. Tổng vận tốc dòng dữ liệu của máy phát số DVB-T ……………….60
3.2.8. Điện thoại di động trong hệ thống truyền hình số mặt đất DVB-T ... 60
3.2.9. Hệ thống quảng bá truyền hình số vệ tinh DVB-S………………….61
3.2.10. Hệ thống quảng bá truyền hình số hữu tuyến DVB-C………….62
3.3 Kỹ thuật OFDM trong Winmax…………………………………………... 64
3.3.1 Giới thiệu kỹ thuật OFDMA ………………………………………. 64
3.3.2 Đặc điểm ………………………………………………………….. 65
3.3.3 OFDMA nhảy tần…………………………………………………66
3.3.4 Hệ thống OFDMA……………………………………………….. 68
3.3.4.1 Chèn chuỗi dẫn đường ở miền tần số và miền thời gian……72
3.3.4.2 Điều chế thích nghi…………………………………………73
3.3.4.3 Các kĩ thuật sửa lỗi…………………………………………74
3.3.4.3.1 Mã hóa LDPC (Low-Density-Parity-Check)……...75
3.3.4.3.2 Mã hoá Reed-Solomon…………………………..78
3.3.5 Điều khiển công suất………………………………………………80
3.4 Dịch vụ quảng bá số mặt đất ISDB-T ( Integrated Services Digital Broadcasting – Terrestrial )……………………………………………………….81
3.5 Hệ thống HiperLAN/2 (IEEE802.11a) …………………………………….84
3.6 Thế hệ thông tin di động 4G…………………………………………………84
3.7 Hệ thống DRM………………………………………………………………..85
3.7 Những ứng dụng khác……………………………………………………….87
3.7.1 IEEE802.11g…………………………………………………......... 87
3.7.2 IEEE 802.11h………………………………………………………87
3.7.3 IEEE 802.16a………………………………………………………87
MỞ ĐẦU
Trong những năm gần đây, các dịch vụ viễn thông phát triển hết sức nhanh chóng đã tạo ra nhu cầu to lớn cho các hệ thống truyền dẫn thông tin. Mặc dù các yêu cầu kỹ thuật cho các dịch vụ này là rất cao song cần có các giải pháp thích hợp để thực hiện. Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) là một phương pháp điều chế cho phép truyền dữ liệu tốc độ cao trong các kênh truyền chất lượng thấp. OFDM đã được sử dụng trong phát thanh truyền hình số, đường dây thuê bao số không đối xứng, mạng cục bộ không dây. Với các ưu điểm của mình, OFDM đang tiếp tục được nghiên cứu và ứng dụng trong các lĩnh vực khác như truyền thông qua đường dây tải điện, thông tin di động, Wireless ATM …
OFDM là nằm trong lớp các kỹ thuật điều chế đa song mang. Kỹ thuật này phân chia dải tần cho phép thành rất nhiều dải tần con với các sóng mang khác nhau, mỗi sóng mang này được điều chế để truyền một dòng dữ liệu tốc độ thấp. Tập hợp các dòng dữ liệu tốc độ thấp này chính là dòng dữ liệu tốc độ cao cần truyền tải. Các sóng mang trong kỹ thuật điều chế đa sóng mang là họ sóng mang trực giao. Điều này cho phép ghép chồng phổ giữa các sóng mang do đó sử dụng giải thông một cách có hiệu quả. Ngoài ra sử dụng họ sóng mang trực giao còn mang lại nhiều lợi thế kỹ thuật khác, do đó các hệ thống điều chế đa sóng mang đều sử dụng họ sóng mang đa trực giao và gọi chung là ghép kênh theo tần số trực giao OFDM.
Khái niệm truyền dữ liệu song song bằng cách ghép kênh phân chia theo tần số (FDM) được giới thiệu từ giữa những năm 60. Ý tưởng là sử dụng các luồng dữ liệu song song và FDM với các kênh con gối lên nhau để không phải sử dụng bộ cân bằng tốc độ cao và loại bỏ nhiễu xung, méo đa đường và tận dụng toàn bộ lượng băng thông. Ứng dụng đầu tiên là trong quân sự, trong lĩnh vực viễn thông thuật ngữ đa tần rời rạc (DMT – Discrete Multi-tone), điều chế đa kênh và điều chế đa sóng mang (MCM) được sử dụng rộng rãi và còn được gọi cách khác là OFDM. Vào những năm 80, OFDM được nghiên cứu sử dụng trong các modem tốc độ cao, trong di động số và ghi âm mật độ cao. Một trong những hệ thống sử dụng một tần số pilot cho sóng mang ổn định và điều khiển tần số đồng hồ, mã hóa trellis được thực hiện. Nhiều modem tốc độ cao được phát triển cho mạng điện thoại. Vào những năm 90, OFDM được sử dụng trong truyền dữ liệu băng rộng qua kênh vô tuyến di động FM, đường dây thuê bao số tốc độ cao (HDSL, 1.6Mb/s), đường dây thuê bao số bất đối xứng (ADSL, 1.536 Mb/s), đường dây thuê bao số tốc độ rất cao (VHDSL, 100 Mb/s), quảng bá audio số (DAB) và HDTV.
Bên cạnh những lợi ích rất lớn của OFDM, thì mặt hạn chế của nó là vấn đề lỗi đồng bộ (SFO,CFO) và kênh truyền biến đổi theo thời gian. Hoạt động của OFDM rất nhạy với lỗi đồng bộ ở bộ nhận. Lỗi đồng bộ tạo ra nhiễu giao thoa liên sóng mang (ICI), nó sẽ phá hủy tính trực giao giữa các sóng mang OFDM. Mà kỹ thuật OFDM chỉ phát huy được những ưu điểm của nó khi tính trực giao được duy trì. Vì vậy có rất nhiều nghiên cứu tập trung vào nó để nâng cao chất lượng hoạt động của nó. Trong đó có một phương pháp rất hữu hiệu là Kết hợp ước lượng kênh và đồng bộ sử dụng Pilot Tone cùng với kỹ thuật giảm ICI cho hệ thống OFDM. Phương pháp này ước lượng lệch tần số sóng mang và bù SFO, CFO trong miền thời gian làm giảm ICI. Khi ICI giảm, tính trực giao của kỹ thuật OFDM sẽ được duy trì tốt và các ưu điểm của kỹ thuật được phát huy mạnh mẽ. Ta có thể thấy rằng phương pháp này là một phần quan trọng trong kỹ thuật OFDM. Đồ án này tập trung nghiên cứu sâu về phương pháp hữu hiệu này.
Nội dung trình bày đồ án bao gồm:
Chương 1: Giới thiệu tổng quan về OFDM
Chương 2: Giới thiệu các ứng dụng của OFDM
Chương 3: Trình bày các hạn chế gây ảnh hưởng đến OFDM
Chương 1
GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ OFDM
1.1. Giới thiệu chương
Chương này sẽ giới thiệu về các khái niệm, nguyên lý cũng như thuật toán của OFDM. Các nguyên lý cơ bản của OFDM, mô tả toán học, kỹ thuật đơn sóng mang, đa sóng mang và các kỹ thuật điều chế trong OFDM. Bên cạnh đó các ứng dụng và ưu nhược điểm của hệ thống OFDM cũng được đưa ra ở đây.
1.2. Các nguyên lý cơ bản của OFDM
Nguyên lý cơ bản của OFDM là chia một luồng dữ liệu tốc độ cao thành các luồng dữ liệu tốc độ thấp hơn và phát đồng thời trên một số các sóng mang con trực giao. Vì khoảng thời gian symbol tăng lên cho các sóng mang con song song tốc độ thấp hơn, cho nên lượng nhiễu gây ra do độ trải trễ đa đường được giảm xuống. Nhiễu xuyên ký tự ISI được hạn chế hầu như hoàn toàn do việc đưa vào một khoảng thời gian bảo vệ trong mỗi symbol OFDM. Trong khoảng thời gian bảo vệ, mỗi symbol OFDM được bảo vệ theo chu kỳ để tránh nhiễu giữa các sóng mang ICI.
Giữa kỹ thuật điều chế đa sóng mang không chồng phổ và kỹ thuật điều chế đa sóng mang chồng phổ có sự khác nhau. Trong kỹ thuật đa sóng mang chồng phổ, ta có thể tiết kiệm được khoảng 50% băng thông. Tuy nhiên, trong kỹ thuật đa sóng mang chồng phổ, ta cần triệt xuyên nhiễu giữa các sóng mang, nghĩa là các sóng này cần trực giao với nhau.
Trong OFDM, dữ liệu trên mỗi sóng mang chồng lên dữ liệu trên các sóng mang lân cận. Sự chồng chập này là nguyên nhân làm tăng hiệu quả sử dụng phổ trong OFDM. Ta thấy trong một số điều kiện cụ thể, có thể tăng dung lượng đáng kể cho hệ thống OFDM bằng cách làm thích nghi tốc độ dữ liệu trên mỗi sóng mang tùy theo tỷ số tín hiệu trên tạp âm SNR của sóng mang đó.
Về bản chất, OFDM là một trường hợp đặc biệt của cách phát đa sóng mang theo nguyên lý chia dòng dữ liệu tốc độ cao thành tốc độ thấp hơn và phát đồng thời trên một số sóng mang được phân bổ một cách trực giao. Nhờ thực hiện biến đổi chuỗi dữ liệu từ nối tiếp sang song song nên thời gian symbol tăng lên. Do đó, sự phân tán theo thời gian gây bởi trải rộng trễ do truyền dẫn đa đường (multipath) giảm xuống.
OFDM khác với FDM ở nhiều điểm. Trong phát thanh thông thường mỗi đài phát thanh truyền trên một tần số khác nhau, sử dụng hiệu quả FDM để duy trì sự ngăn cách giữa những đài. Tuy nhiên không có sự kết hợp đồng bộ giữa mỗi trạm với các trạm khác. Với cách truyền OFDM, những tín hiệu thông tin từ nhiều trạm được kết hợp trong một dòng dữ liệu ghép kênh đơn. Sau đó dữ liệu này được truyền khi sử dụng khối OFDM được tạo ra từ gói dày đặc nhiều sóng mang. Tất cả các sóng mang thứ cấp trong tín hiệu OFDM được đồng bộ thời gian và tần số với nhau, cho phép kiểm soát can nhiễu giữa những sóng mang. Các sóng mang này chồng lấp nhau trong miền tần số, nhưng không gây can nhiễu giữa các sóng mang (ICI) do bản chất trực giao của điều chế. Với FDM những tín hiệu truyền cần có khoảng bảo vệ tần số lớn giữa những kênh để ngăn ngừa can nhiễu. Điều này làm giảm hiệu quả phổ. Tuy nhiên với OFDM sự đóng gói trực giao những sóng mang làm giảm đáng kể khoảng bảo vệ cải thiện hiệu quả phổ.
Hình 1.2: Sơ đồ hệ thống OFDM
Đầu tiên, dữ liệu vào tốc độ cao được chia thành nhiều dòng dữ liệu song song tốc độ thấp hơn nhờ bộ chuyển đổi nối tiếp/song song (S/P: Serial/Parrallel). Mỗi dòng dữ liệu song song sau đó được mã hóa sử dụng thuật toán sửa lỗi tiến (FEC) và được sắp xếp theo một trình tự hỗn hợp. Những symbol hỗn hợp được đưa đến đầu vào của khối IDFT. Khối này sẽ tính toán các mẫu thời gian tương ứng với các kênh nhánh trong miền tần số. Sau đó, khoảng bảo vệ được chèn vào để giảm nhiễu xuyên ký tự ISI do truyền trên các kênh di động vô tuyến đa đường. Sau cùng bộ lọc phía phát định dạng tín hiệu thời gian liên tục sẽ chuyển đổi lên tần số cao để truyền trên các kênh. Trong quá trình truyền, trên các kênh sẽ có các nguồn nhiễu gây ảnh hưởng như nhiễu trắng cộng AWGN,…
Ở phía thu, tín hiệu được chuyển xuống tần số thấp và tín hiệu rời rạc đạt được tại bộ lọc thu. Khoảng bảo vệ được loại bỏ và các mẫu được chuyển từ miền thời gian sang miền tần số bằng phép biến đổi DFT dùng thuật toán FFT. Sau đó, tùy vào sơ đồ điều chế được sử dụng, sự dịch chuyển về biên độ và pha của các sóng mang nhánh sẽ được cân bằng bằng bộ cân bằng kênh (Channel Equalization). Các symbol hỗn hợp thu được sẽ được sắp xếp ngược trở lại và được giải mã. Cuối cùng chúng ta sẽ thu nhận được dòng dữ liệu nối tiếp ban đầu.
• WirelessMAN-OFDM : sử dụng kỹ thuật OFDM có 256 sóng mang phụ, phương pháp truy cập TDMA.
• WirelessMAN-OFDMA : sử dụng phương pháp truy cập OFDM (OFDMA) với 2048 sóng mang phụ.
Hệ thống này thực hiện đa truy cập bằng cách dùng đa sóng mang phụ trên mỗi máy thu cá nhân. Hệ thống cũng sử dụng kiểu trải phổ nhảy tần để tránh giao thoa.
KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI
Kỹ thuật ghép kênh phân chia theo tần số trực giao - OFDM là một kỹ thuật hiện đại cho truyền thông tương lai. Đây là kỹ thuật hết sức mới mẻ, việc nghiên cứu và ứng dụng OFDM đang trong giai đoạn khẩn trương. Trong đó, những vấn đề kỹ thuật là các đối tượng được quan tâm nghiên cứu nhiều nhất. Đồ án tốt nghiệp này chỉ tìm hiểu một số vấn đề kỹ thuật chính trong hệ thống OFDM, đó là: Ước lượng kênh, đồng bộ và ứng dụng của kỹ thuật OFDM trong truyền dẫn tín hiệu DVB-T.
Vì khả năng chống hiệu ứng đa đường động rất tốt của hệ thống OFDM đã tạo cho nghành truyền hình có hai khả năng mới mà truyền hình tương tự cũng như truyền hình số tuân theo tiêu chuẩn không thể đạt được là :
* Khả năng thu di động các dịch vụ truyền hình quảng bá.
* Khả năng tạo nên một mạng đơn tần trong một phạm vi rộng .
Đối với hệ thống truyền hình tương tự cũng như một hệ thống thông tin , các máy phát cạnh nhau dùng chung một tần số là một vấn đề vô cùng khó khăn. Vì vậy các hệ thống cần có sự quy hoạch tần số cẩn thận cũng như các phương án tái sử dụng tần số. Mạng đơn tần SFN là mạng gồm nhiều máy phát động trên cùng một tần số và phát cùng một nội dung. Mỗi máy phát trong một mạng SFN sẽ tuân theo quy tắc sau :
* Phát cùng một tần số.
* Phát cùng một lúc.
* Phát cùng một dữ liệu.
Như vậy một điểm thu tại biên vùng phủ sóng sẽ thu được nhiều tín hiệu từ các trạm phát khác nhau và bộ thu sẽ coi các tín hiệu này như các trễ nhân tạo. Vậy mạng SFN là khả thi vì OFDM có thể giải quyết được các vấn đề thu nhiều đường. Ứng dụng của SNF tạo một bước đột phá trong công nghệ phát sóng truyền hình, đó là phạm vi lớn có thể khai mạng dày đặc các máy phát hoạt động cùng tần số, trong khi tài nguyên tần số băng tần UHF/VHF ngày càng hạn hẹp thì triển khai SNF mang lại lợi ích vô cùng lớn.
Từ việc tìm hiểu các các kĩ thuật trong hệ thống OFDM đã được trình bày trong các chương trước chúng ta có thể tiếp tục nghiên cứu các ứng dụng của OFDM mà hiện nay đang được nghiên cứu ứng dụng trong lĩnh vực thông tin vô tuyến. Công nghệ này là lựa chọn kết hợp giữa các phương pháp điều chế cổ điển và các phương pháp đa truy cập vô tuyến, ứng dụng của OFDM sẽ dành cho mạch vòng vô tuyến nội hạt, LAN vô tuyến, dịch vụ truyền thông cá nhân tế bào. Các hệ thống đa truy cập cá nhân tế bào dựa trên OFDM như OFDM-TDMA và MC-TDMA đang được xem xét như một thế hệ tiếp theo của hệ thống vô tuyến nhiều người sử dụng .
Do Drive thay đổi chính sách, nên một số link cũ yêu cầu duyệt download. các bạn chỉ cần làm theo hướng dẫn.
Password giải nén nếu cần: ket-noi.com | Bấm trực tiếp vào Link để tải:
You must be registered for see links
Last edited by a moderator:
