Trải phổ trực tiếp chuỗi hỗn loạn ứng dụng trong OFDM sử dụng điều chế M-PSK

Trải phổ trực tiếp chuỗi hỗn loạn ứng dụng trong OFDM sử dụng điều chế M-PSK TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG --------------- BÁO CÁO THỰC TẬP TỐT NGHIỆP Trải phổ trực tiếp chuỗi hỗn loạn ứng dụng trong OFDM sử dụng điều chế M-PSK GVHD: TS. Nguyễn Xuân Quyền Sinh viên thực hiện Bùi Văn Nhân ĐTVT 4 – K55 20101959 Hà Nội, 3/2015 LỜI NÓI ĐẦU Vấn đề băng thông của tín hiệu là cực kỳ quan trọng trong thông tin truyền thông. Các kỹ thuật truyền thông truyền thống như: TDMA,FDMA,CDMA… đều chiếm một băng tần rất lớn. Đối với một tín hiệu số, độ rộng băng tần thiết có cùng giá trị với tốc độ bit của nguồn. Độ rộng băng tần chính xác cần thiết trong trường hợp này phụ thuộc vào kiểu điều chế (BPSK, QPSK…).Xuất phát từ thực tế trên, phương pháp trải phổ (viết tắt là SS: Spread Spectrum) giúp cho độ rộng băng tần của tín hiệu được mở rộng rất nhiều, thông thường hàng trăm lần trước khi phát. Khi có một người sử dụng trong băng tần SS thì sẽ không có hiệu quả. Tuy nhiên, ở môi trường mà nhiều người sử dụng, các người dùng này có thể dùng chung một bằng tần SS làm cho hệ thống trở nên hiệu quả và có hiệu suất cao hơn. OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) là một trường hợp đặc biệt của phương pháp điều chế đa sóng mang trong đó có các sóng mang phụtrực giao với nhau, nhờ vậy phổ của tín hiệu của các sóng mang phụ cho phép chồng lấn lên nhau mà phía thu vẫn có thể khôi phục lại tín hiệu ban đầu.Với những ưu điểm của OFDM trong xử lý số tín hiệu, nên rất nhiều các hệ thống truyền tin ngoài thực tế đã áp dụng phương pháp này.Trong báo cáo này, chúng em sẽ tìm hiểu tổng quan về kỹ thuật OFDM, và kỹ thuật hỗn loạn trong thông tin truyền thông. Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo TS. Nguyễn Xuân Quyền đã tận tình giúp đỡ và chỉ bảo chúng em trong quá trình thực tập. Với thời gian và kiến thức còn hạn hẹp không tránh khỏi tồn tại nhiều thiếu sót. Chúng em mong sẽ nhận được sự chỉ bảo của thầy . Mong rằng để tài này sẽ được hoàn thiện hơn nữa. Người thực hiện Bùi Văn Nhân TÓM TẮT BÁO CÁO Trong báo cáo này, chúng em sẽ trình bày tổng quan về kỹ thuật hỗn loạn trong thông tin truyền thông và mô hình hệ thống OFDM, tạo và thu tín hiệu OFDM… Từ đó, xây dựng mô hình ứng dụng kỹ thuật trải phổ hỗn loạn trong OFDM sử dụng điều chế: Phần I: Tổng quan về kỹ thuật hỗn loạn trong thông tin và truyền thông Phần II: Tổng quan về OFDM trong thông tin và truyền thông Phần III: Trải phổ trực tiếp chuỗi hỗn loạn ứng dụng trong OFDM sử dụng điều chế M-PSK. Phần IV : Kết Luận. MỤC LỤC TÓM TẮT BÁO CÁO 3 MỤC LỤC 4 DANH SÁCH HÌNH ẢNH 6 DANH SÁCH BẢNG BIỂU 6 1. Lý thuyết thông tin hỗn loạn 7 1.1. Hỗn loạn 7 1.1.1. Khái niệm và phân loại 7 1.1.2. Dạng sóng, dạng phổ và sự tương quan 8 1.1.3. Quỹ đạo di chuyển : vùng hút 10 1.1.4. Chaotic map 10 1.2. Các hệ thống thông tin sử dụng kỹ thuật hỗn loạn 14 1.2.1. Trải phổ trực tiếp sử dụng chuỗi hỗn loạn (CDSSS) 14 1.2.2. Sóng mang hỗn loạn (CC) 16 1.2.3. Khóa dịch pha hỗn loạn (CSK) 17 1.2.4. Khóa bật tắt hỗn loạn (COOK) 19 1.2.5. Điều chế mặt nạ hỗn loạn (CM) 19 2. Tổng quan về OFDM trong thông tin và truyền thông 21 2.1. Lịch sử phát triển 21 2.2. Nguyên lý của OFDM 21 2.3. Mô tả toán học tín hiệu OFDM 24 2.4. Kênh truyền vô tuyến trong hệ thống 26 2.4.1. Rayleigh Fading 26 3. Trải phổ trực tiếp chuỗi hỗn loạn ứng dụng trong OFDM sử dụng điều chế M-PSK 28 3.1. Hệ thống M-PSK-CDSSS-OFDM 28 Kết Luận 31 Tài liệu tham khảo 32 DANH SÁCH HÌNH ẢNH Hình 1 1 Biến đổi theo thời gian của biến trạng thái trong hệ Lorenz hỗn loạn 8 Hình 1 2 Biến đổi theo thời gian của biến x(t) với hai điều kiện khởi động sai khác nhau rất nhỏ 9 Hình 1 3 Quỹ đạo của hệ Lorenz cho các giá trị r = 28, =10, b = 8/3 10 Hình 1 4 Logistic map 2 (a = 3.99, g0=0.5) 12 Hình 1 5 Bermounli Map 13 Hình 1 6 Tent map 13 Hình 1 7 Sơ đồ trải phổ trực tiếp chuỗi hỗn loạn (CDSSS) 16 Hình 1 8 Sơ đồ khối hệ thông sóng mang hỗn loạn 17 Hình 1 9 Sơ đồ khóa dịch pha hỗn loạn (CSK) 18 Hình 1 10 Sơ đồ khối điều chế mặt nạ hỗn loạn (CM) 20 Hình 2 1 Sơ đồ khối hệ thống OFDM 23 Hình 2 2 . Tín hiệu đa đường 27 Hình 2 3 Fading khi thieeurt bị di động di chuyển ở tần số 900 Hz 28 DANH SÁCH BẢNG BIỂU Bảng 1.Các phương pháp điều chế tín hiệu 29 1. LÝ THUYẾT THÔNG TIN HỖN LOẠN 1.1. Hỗn loạn 1.1.1. Khái niệm và phân loại Khái niệm về hỗn loạn được sử dụng rộng rãi trong kỹ thuật đượ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG - BÁO CÁO THỰC TẬP TỐT NGHIỆP Trải phổ trực tiếp chuỗi hỗn loạn ứng dụng OFDM sử dụng điều chế M-PSK GVHD: TS Nguyễn Xuân Quyền Sinh viên thực Bùi Văn Nhân ĐTVT – K55 Hà Nội, 3/2015 LỜI NÓI ĐẦU 20101959 Trải phổ trực tiếp chuỗi hỗn loạn ứng dụng OFDM sử dụng điều chế M-PSK Vấn đề băng thơng tín hiệu quan trọng thông tin truyền thông Các kỹ thuật truyền thông truyền thống như: TDMA,FDMA,CDMA… chiếm băng tần lớn Đối với tín hiệu số, độ rộng băng tần thiết có giá trị với tốc độ bit nguồn Độ rộng băng tần xác cần thiết trường hợp phụ thuộc vào kiểu điều chế (BPSK, QPSK…).Xuất phát từ thực tế trên, phương pháp trải phổ (viết tắt SS: Spread Spectrum) giúp cho độ rộng băng tần tín hiệu mở rộng nhiều, thông thường hàng trăm lần trước phát Khi có người sử dụng băng tần SS khơng có hiệu Tuy nhiên, môi trường mà nhiều người sử dụng, người dùng dùng chung tần SS làm cho hệ thống trở nên hiệu có hiệu suất cao OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) trường hợp đặc biệt phương pháp điều chế đa sóng mang có sóng mang phụtrực giao với nhau, nhờ phổ tín hiệu sóng mang phụ cho phép chồng lấn lên mà phía thu khơi phục lại tín hiệu ban đầu.Với ưu điểm OFDM xử lý số tín hiệu, nên nhiều hệ thống truyền tin thực tế áp dụng phương pháp này.Trong báo cáo này, chúng em tìm hiểu tổng quan kỹ thuật OFDM, kỹ thuật hỗn loạn thông tin truyền thông Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo TS Nguyễn Xuân Quyền tận tình giúp đỡ bảo chúng em trình thực tập Với thời gian kiến thức cịn hạn hẹp khơng tránh khỏi tồn nhiều thiếu sót Chúng em mong nhận bảo thầy Mong để tài hoàn thiện Người thực Bùi Văn Nhân Trải phổ trực tiếp chuỗi hỗn loạn ứng dụng OFDM sử dụng điều chế M-PSK TÓM TẮT BÁO CÁO Trong báo cáo này, chúng em trình bày tổng quan kỹ thuật hỗn loạn thông tin truyền thơng mơ hình hệ thống OFDM, tạo thu tín hiệu OFDM… Từ đó, xây dựng mơ hình ứng dụng kỹ thuật trải phổ hỗn loạn OFDM sử dụng điều chế: Phần I: Tổng quan kỹ thuật hỗn loạn thông tin truyền thông Phần II: Tổng quan OFDM thông tin truyền thông Phần III: Trải phổ trực tiếp chuỗi hỗn loạn ứng dụng OFDM sử dụng điều chế M-PSK Phần IV : Kết Luận Trải phổ trực tiếp chuỗi hỗn loạn ứng dụng OFDM sử dụng điều chế M-PSK MỤC LỤC Trải phổ trực tiếp chuỗi hỗn loạn ứng dụng OFDM sử dụng điều chế M-PSK DANH SÁCH HÌNH ẢNH DANH SÁCH BẢNG BIỂU LÝ THUYẾT THÔNG TIN HỖN LOẠN 1.1 Hỗn loạn 1.1.1 Khái niệm phân loại Khái niệm hỗn loạn sử dụng rộng rãi kỹ thuật đưa sau: “Hỗn loạn trạng thái vận động khơng có chu kỳ trình hệ thống xác định Sự vận động phụ thuộc nhạy cảm với điều kiện khởi động hệ thống” Ba tính chất quan trọng hỗn loạn nêu khái niệm là: Vận động khơng có chu kỳ: đường di chuyển hệ thống mặt phẳng pha không vào điểm cố định hay quỹ đạo có chu kỳ thời gian vận động tiến tới vô Trải phổ trực tiếp chuỗi hỗn loạn ứng dụng OFDM sử dụng điều chế M-PSK Hệ thống xác định: hệ thống khơng có thông số thống kê xác suất Đây điểm khác quan trọng hệ thống hỗn loạn hệ thống nhiễu với trình ngẫu nhiên.Vận động bất thường hệ thống hỗn loạn tạo tính phi tuyến bên khơng phải nhiễu Phụ thuộc nhạy cảm với điều kiện khởi động: đường di chuyển xuất phát từ điều kiện khởi động có sai khác nhỏ (gần như nhau) phân tách nhanh theo luật số mũ tạo quỹ đạo di chuyển hoàn toàn khác Các hệ thống động hỗn loạn phân loại theo theo hai dạng sau: • Dạng liên tục thời gian , (1.1) biến trạng thái nhiều chiều, thời điểm giá trị khởi động hệ thống • Dạng rời rạc thời gian , với giá trị khởi động, (1.2) biến trạng thái nhiều chiều hệ thống bước lặp thứ n 1.1.2 Dạng sóng, dạng phổ tương quan Để minh họa cho tính chất hỗn loạn, xem xét hệ thống động Lorenz liên tục ba chiều biểu diễn hệ phương trình vi phân sau: Trải phổ trực tiếp chuỗi hỗn loạn ứng dụng OFDM sử dụng điều chế M-PSK (1.3) Hình 1-1 Biến đổi theo thời gian biến trạng thái hệ Lorenz hỗn loạn số biến trạng thái tham số hệ thống Với tham , hệ Lorenz rơi vào trạng thái vận động hỗn loạn Rõ ràng tính hệ thống xác định hoàn toàn thỏa mãn với hệ thống biểu diễn hệ phương trình vi phân xác định với thơng số cụ thể (khơng có thơng số thống kê) Với điều kiện khởi động xác định, hoàn tồn xác định trạng thái hệ thống thời điểm Các Hình 1.1, 1.2 kết mô sử dụng Matlab hệ thống Lorenz với tham số Trục thời gian chuẩn hóa kết mơ số vòng Trải phổ trực tiếp chuỗi hỗn loạn ứng dụng OFDM sử dụng điều chế M-PSK lặp tính tốn thực Chúng ta nhận thấy tính vận động khơng có chu kỳ hệ thống thông qua biến đổi biên độ không dự đoán biến theo thời gian Hình Tính chất phụ thuộc nhạy cảm với điều kiện khởi động thể Hình Trong biến đổi biên độ biến với hai điều kiện khởi động có giá trị sai khác nhỏ Chúng ta thấy tín hiệu ban đầu xuất phát gần điểm, sau chúng tách biệt nhanh chóng trở nên khác hồn tồn Hình 1-2 Biến đổi theo thời gian biến x(t) với hai điều kiện khởi động sai khác nhỏ hệ Lorenz hỗn loạn 1.1.3 Quỹ đạo di chuyển : vùng hút Để biểu diễn cách rõ ràng vận động hệ thống hỗn loạn, vẽ quỹ đạo di chuyển theo thời gian biến khơng gian pha chúng Dạng hình học vẽ gọi vùng hút (Attractor) Hình quỹ đạo hệ Lorenz cho Trải phổ trực tiếp chuỗi hỗn loạn ứng dụng OFDM sử dụng điều chế M-PSK giá trị r =28, σ = 10,b = 8/3 Hình 1-3 Quỹ đạo hệ Lorenz cho giá trị r = 28, σ =10, b = 8/3 1.1.4 Chaotic map Những năm gần đây, lý thuyết hỗn loạn nghiên cứu rộng rãi có nhiều mơ hình tốn học khác đưa hỗn loạn Các phiên chaotic map đến từ nhiều hướng khác Nó mơ hình điều khiển đơn giản phức tạp, phương trình tốn học vi phân mạch điện đơn giản Một lý thuyết hỗn loạn có từ sớm bắt đầu vào năm 1900, nghiên cứu Henri Poincare vấn đề chuyển động ba đối tượng lực hấp dẫn lẫn Bằng cách giải này, ông mở cách để phân tích hệ thống phức tạp dễ dàng cách sử dụng hệ thống đơn giản mà giữ tính hệ thống gốc Ở đây, hệ thống chuyển động liên tục Trải phổ trực tiếp chuỗi hỗn loạn ứng dụng OFDM sử dụng điều chế M-PSK không gian n-chiều biểu diễn hệ thống rời rạc M không gian n-1 chiều giao điểm quỹ đạo bề mặt (1.1) Henry Poincare thấy quỹ đạo khơng tuần hồn, không tăng không tiếp cận điểm cố định Từ đó, nhiều loại thuyết hỗn loạn khác bắt nguồn từ phương trình vi phân tuyến tính phi tuyến tính, bao gồm: phương trình lỹ thừa Lyapunov, phương trình Lorenz, Entropy Kolmororov….Sau đây, tập trung phân tích số đa thức đơn giản biểu diễn chuỗi hỗn loạn sinh từ phương trình động học phi tuyến Một mơ hình tốn học theo thuyết hỗn loạn thường liên quan đến lặp lặp lại cơng thức tốn học đơn giản Logistic Map (1.2) Logistic map logistic map đơn giản dùng điều chế tín hiệu hỗn loạn Loại map ứng dụng truyền thông số Để sử dụng loại map chaotic map, điều kiện đầu g0 phải thuộc khoảng [-1, 1] Logistic Map (1.3) Logistic map hệ thống động biểu diễn đặc tính hỗn loạn Phương trình logistic gọi mơ hình Ver-Hulst Được Pierre Verhulst giới thiệu vào kỉ 18, thường dùng để mơ hình hóa q trình tăng trưởng dân số Các nhà toán học nghiên cứu chuỗi rời rạc thấy biểu diễn chuỗi hỗn loạn 10 Trải phổ trực tiếp chuỗi hỗn loạn ứng dụng OFDM sử dụng điều chế M-PSK Hai tín hiệu hỗn loạn đến từ hai hệ thống hỗn loạn khác hệ thống với tham số khác Tín hiệu truyền là: (1.11) Người ta đưa kỹ thuật điều CSK đối cực, từ x0(t) =-x1(t) Tín hiệu truyền biều diễn sau: (1.12) Hình 1-9 Sơ đồ khóa dịch pha hỗn loạn (CSK) 17 Trải phổ trực tiếp chuỗi hỗn loạn ứng dụng OFDM sử dụng điều chế M-PSK Giải điều chế thống khơng thống Giải điều chế thống xem tương quan, nơi máy thu có sẵn chuỗi hỗn loạn máy phát Phụ thuộc vào tín hiệu truyền, đồng với tín hiệu nhận cịn lại đồng trường hợp cịn lại Hai tín hiệu hỗn loạn nhân với sau cho qua tích phân để tính tương quan, cuối so sánh với giá trị ngưỡng để chọn liệu đầu Nếu đầu vào lọc ngưỡng dương đầu ngược lại -1 Máy thu khơng thống địi hỏi tín hiệu hỗn loạn truyền nên có lượng bit khác nhau.Ví dụ, mức khác cho bit gửi bit Nếu lý tự bit “+1” gửi khoảng[(1-l)Tb ,lTb ], tín hiệu hỗn loạn x1(t)với lượng bit trung bình Ec truyền đi, cịn “-1” “0” gửi đi, tín hiệu hỗn loạn x 2(t) với lượng bit trung bình Ec truyền Hoặc ta dụng tạo chuỗi hỗn loạn để tạo hai tín hiệu hỗn loạn với lượng bit khác sử dụng hệ số tăng ích khác khuếch đại Do đó, cách so sánh lượng bit với ngưỡng, dễ dàng khôi phục bit thông tin gốc truyền Hơn nữa, phương pháp khơng thống khai thác đặc tính phân biệt máy phát hỗn loạn cho trình giải điều chế Đặc biệt, hai tín hiệu hỗn loạn đến từ dung hệ thống với tham số phân nhành khác nhau, giải điều chế thực cách ước lượng tham số phân nhánh tín hiệu hỗn loạn xây dựng lại 1.2.4 Khóa bật tắt hỗn loạn (COOK) Khóa bật tắt hỗn loạn hoạt động tương tự khóa dịch hỗn loạn ,nhưng thay gửi hai tín hiệu hỗn loạn khác nhau, điều chế khóa bật tắt hỗn loạn công tăc bật –tắt mà trạng thái phụ thuộc vào bit thơng tin “1” hay “0” tương ứng Ví dụ, bit thơng tin là‟1‟ Tín hiệu hỗn loạn xo (t) gửi đi,trường hợp cịn lại khơng có tín hiệu gửi Kỹ thuật cấp khoảng cách lớn 18 Trải phổ trực tiếp chuỗi hỗn loạn ứng dụng OFDM sử dụng điều chế M-PSK lương E0 hai thành phần tín hiệu thơng tin Phương pháp phù hợp cho ứng dụng vô tuyến nhà 1.2.5 Điều chế mặt nạ hỗn loạn (CM) Điều chế mặt nạ hỗn loạn (CM) đề xuất ban đầu dùng để truyền tín hiệu tương tự Các thông tin tương tự che đậy tín hiệu băng rộng hỗn loạn Dựa khả đồng hóa hỗn loạn, tín hiệu hỗn loạn mặt nạ sử dụng bên thu để đồng hóa hỗn loạn Bằng cách lấy tín hiệu hỗn lọan tái tạo từ tín hiệu tín hiệu nhận được, thơng tin tín hiệu sau xác định Mỗi hoạt động điều chế giải điều chế thể hình Hình 1-10 Sơ đồ khối điều chế mặt nạ hỗn loạn (CM) 19 xλ Trải phổ trực tiếp chuỗi hỗn loạn ứng dụng OFDM sử dụng điều chế M-PSK TỔNG QUAN VỀ OFDM TRONG THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG 2.1 Lịch sử phát triển Trong năm gần đây,Phương thức ghép kênh phân chia theo tần số trực giao FDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) không ngừng nghiên cứu mở rộng phạm vi ứng dụng ưu điểm tiết kiệm băng tần khả chống lại Fading chọn lọc theo tần số xuyên nhiễu băng hẹp Kỹ thuật OFDM R.W Chang phát minh năm 1966 Mỹ Trải qua 40 năm hình thành phát triển nhiều cơng trình khoa học kỹ thuật thực khắp nơi giới Đặc biệt công trình Weistein Ebert, ngườI chứng minh phép điều chế OFDM thực phép biến đổI IDFT phép giải điều chế phép biến đổI DFT Phát minh vớI phát triển kỹ thuật số làm cho kỹ thuật 2.2 Nguyên lý OFDM Kỹ thuật điều chế OFDM trường hợp đặc biệt phuơng pháp điều chế đa sóng mang sóng mang phụ trực giao với nhau, nhờ phổ tín hiệu sóng mang phụ cho phếp chồng lấn lên mà phía thu khơi phục lại tín 20 Trải phổ trực tiếp chuỗi hỗn loạn ứng dụng OFDM sử dụng điều chế M-PSK hiệu ban đầu Sự chồng lẫn phổ tín hiệu làm cho hệ thống OFDM có hiệu suất sử dụng phổ lớn nhiều so với kỹ thuật điều chế thơng thường Nhờ đó, OFDM chia dòng liệu tốc độ cao dòng liệu tốc độ thấp phát đồng thời số sóng mang, ta thấy số điều kiện cụ thể, tăng dung lượng đáng kể cho hệ thống OFDM cách làm thích nghi tốc độ liệu sóng mang tùy theo tỷ số tín hiệu tạp âm SNR sóng mang Trong OFDM, liệu sóng mang chồng lên liệu sóng mang lân cận Sự chồng chập nguyên nhân làm tăng hiệu sử dụng phổ OFDM Về chất, OFDM trường hợp đặc biệt phường pháp đa sóng mang theo ngun lý chia dịng liệu tốc độ cao thành dòng liệu tốc độ thấp phát đồng thời số sóng mang phân bổ cách trực giao.Nhờ thực biến đổi chuỗi liệu từ nối tiếp sang song song nên thời gian symbol tăng lên Do đó, phân tán theo thơi gian gây trải rộng trễ truyền dẫn đa đường giảm xuống OFDM khác với FDM nhiều điểm Trong phát thồng thường đài phát truyền tần số khác nhau,sử dụng hiệu FDM để trì ngăn cách đài.Tuy nhiên khơng có kết hợp đồng trạm với trạm khác.Với cách truyền OFDM, tín hiệu thơng tin từ nhiều trạm kết hợp mơt dịng liệu ghép kênh đơn Sau liệu truyền dử dụng khối OFDM tạo từ gói dày đặc nhiều sóng mang Tất sóng mang thứ cấp tín hiệu OFDM đồng thời gian tần số với nhau, cho phép kiểm soát can nhiễu sóng mang Các sóng mang chồng lấn miền tần số, không can nhiễu sóng mang (ICI) chất trực giao điều chế Với FDM tín hiệu truyền cần có khoảng bảo vệ lớn kênh để ngăn ngừa can nhiễu Điều làm giảm hiệu phổ Tuy nhiên với OFDM đóng gói trực giao sóng mang làm giảm đáng kể khoảng bảo vệ cải thiện hiệu phổ 21 Trải phổ trực tiếp chuỗi hỗn loạn ứng dụng OFDM sử dụng điều chế M-PSK Hình 2-11 Sơ đồ khối hệ thống OFDM Đầu tiên, liệu vào tốc độ cao chưa thành dòng liệu song song tốc độ thấp nhờ chuyển đổi nói tiếp thành song song (S/P) Mỗi dịng lieu song song dau mã hóa sử dụng thuật toán sửa lỗi tiền (FEC) xếp theo trình tự hỗn hợp Những symbol hỗn hợp đưa đến đầu vào khối IDFT Khối tính tốn mẫu thơi gian tương ứng với kênh nhánh miền tần số Sau đó, khoảng bảo vệ chèn vào để giảm nhiễu xuyên ký tự ISI truyền kênh di động vô tuyến đa đường Sau lọc phía phát định dạng tín hiệu thời gian 22 Trải phổ trực tiếp chuỗi hỗn loạn ứng dụng OFDM sử dụng điều chế M-PSK liên tục chuyển đổi lên tần số cao để lên kênh truyền Trong trình truyền, kênh có nguồn nhiễu gây ảnh hưởng nhiễu trắng cộng AWGN, Rayleigh Fading … Ở phí thu, tín hiệu chuyển xuống tần số thấp tín hiệu rời rạc đạt lọc thu Khoảng bảo vệ loại bỏ mẫu chuyển từ miền thời gian sang miền tần số phép biến đổi DFT dùng thuật toán FFT Sau đó,tùy vào sơ đồ điều chế sử dụng, dịch chuyển biên độ pha sóng mang nhánh cân bằng cân kênh Các symbol hỗn hợp thu xếp ngược trở lại giải mã Cuối thu nhận dòng liệu nối tiếp ban đầu 2.3 Mơ tả tốn học tín hiệu OFDM Tín hiệu OFDM phát phức băng tần gốc xác định sau: s( t) = ∞ ∑ sk ( t − kT ) , k = −∞ (2.1) Trong sk(t-kT) tín hiệu OFDM phát phức băng gốc thứ k xác định sau: N −1    i   ( t − kT )  w ( t − kT ) ∑ x i,k exp j2π i = − N/2    TFFT    s k ( t − kt ) = kT − Twin − TG ≤ t ≤ kT + TFFT + Twin 0, NÕu kh¸c    Trong đó: T độ dài ký hiệu OFDM TFFT thời gian FFT, phần hiệu dụng ký hiệu OFDM 23 (2.2) Trải phổ trực tiếp chuỗi hỗn loạn ứng dụng OFDM sử dụng điều chế M-PSK TG thời gian bảo vệ, thời gian tiền tố chu trình Twin thời gian mở cửa tiền tố hậu tố để tạo dạng phổ ∆f=1/TFFT phân cách tần số hai sóng mang N độ dài FFT, số điểm FFT k số ký hiệu truyền i số sóng mang con, i∈{-N/2, -N/2+1, -1, 0, +1, …., -N/2} xi,k vectơ điểm chùm tín hiệu, ký hiệu phức (số liệu, hoa tiêu, rỗng) điều chế lên sóng mang i ký hiệu OFDM thứ k w(t) xung tạo dạng biểu diễn sau: 1  [1 − cos π( t + TG ) Twin ],  w ( t ) = 1, 1  [1 − cos π( t − TFFT ) Twin ], 2 − Twin − TG ≤ t ≤ −TG − TG ≤ t ≤ TFFT TFFT ≤ t ≤ TFFT + Twin (2.3) Phân tích (3.4) ta thấy biểu thức giống biểu thức dãy Fourier sau: u(t) = ∞ ∑ c(nf0 )e j 2πnf0 n = −∞ (2.4) hệ số Fourier phức thể vectơ chùm tín hiệu phức cịn nf thể sóng mang i/TFFT Trong hệ thống số, dạng sóng tạo biến đổi Fourier ngược nhanh (IFFT) Chùm số liệu x i,k đầu vào IFFT ký hiệu OFDM miền thời gian đầu Tín hiệu đầu điều chế vô tuyến xác định sau: sRF (t) = ∞ ∑ k = −∞ 24 sRF,k (t - kT) (2.5) Trải phổ trực tiếp chuỗi hỗn loạn ứng dụng OFDM sử dụng điều chế M-PSK sRF,k(t-kT) tín hiệu OFDM vơ tuyến thứ k biểu diễn sau: N / −1        ( t − kT )  , Rew ( t − kT ) ∑ x i ,k exp j2π f c + TFFT  i=− N /        s RF ,k ( t − kT ) =  kT − Twin − TG ≤ t ≤ kT + TFFT + Twin 0, NÕu kh¸c    (2.6) Trong fc tần số sóng mang RF 2.4 Kênh truyền vơ tuyến hệ thống Sự suy giảm tín hiệu suy hao mức cơng suất tín hiệu q trình truyền từ điểm đến điểm khác Điều truyền tải, tòa nhà cao tầng hiệu ứng đa đường Các hình mơ tả số ngun nhân làm suy giảm tín hiệu Bất kì vật cản đường truyền để làm suy giảm tín hiệu 2.4.1 Rayleigh Fading Trong đường truyền vơ tuyến, tín hiệu RF từ máy phát bị phán xạ từ vật cản đồi, nhà cửa, xe cộ…sinh nhiều đường tín hiệu đến máy thu (hiệu ứng đa đường) dẫn đến lệch pha tín hiệu đến máy thu làm cho biên độ tín hiệu thu bị suy giảm Hình số trường hợp mà tín hiệu đa đường xảy 25 Trải phổ trực tiếp chuỗi hỗn loạn ứng dụng OFDM sử dụng điều chế M-PSK Hình 2-12 Tín hiệu đa đường Mối quan hệ pha tín hiệu phản xạ nguyên nhân gây nhiễu có cấu trúc hay khơng cấu trúc Điều tính khoảng cách ngắn, gọi fading nhanh Mức độ thay đổi tín hiệu thay đổi khoảng 1030dB khoảng cách ngắn Hình vẽ mơ tả mức suy giảm khác có 26 Trải phổ trực tiếp chuỗi hỗn loạn ứng dụng OFDM sử dụng điều chế M-PSK thể xảy fading Hình 2-13 Fading thieeurt bị di động di chuyển tần số 900 Hz TRẢI PHỔ TRỰC TIẾP CHUỖI HỖN LOẠN ỨNG DỤNG TRONG OFDM SỬ DỤNG ĐIỀU CHẾ M-PSK 3.1 Hệ thống M-PSK-CDSSS-OFDM Có nhiều mơ hình khác kết hợp LCG vào hệ thông OFDM.Trong báo cáo này, tập trung mơ tả mơ hình tổng qt, phân tích kết mô hệ thống MPSK-CDSSS-OFDM Trong hệ thống mà tơi thực gồm có khối chính, cụ thể khối sau: 27 Trải phổ trực tiếp chuỗi hỗn loạn ứng dụng OFDM sử dụng điều chế M-PSK -Khối điều chế giải điều chế tín hiệu -Khối thực trải phổ giải trải phổ hỗn loạn -Khối thực biến đổi tín hiệu hệ thống OFDM -Kênh truyền mô gồm kênh là: nhiễu Guassian Rayleigh Fading Hình 2.3 mô tả sơ đồ tổng quát hệ thống thực trong báo cáo Trong hệ thống OFDM, tín hiệu đầu vào dạng bit nhị phân Do đó, điều chế OFDM trình điều chế số lựa chọn yêu cầu hiệu suất sử dụng băng thông kênh Dạng điều chế qui định bit ngõ đầu vào M số phức dn = an +bn ngõ Bảng 1.Các phương pháp điều chế tín hiệu 28 M Dạng điều chế BPSK an ,bn QPSK ±1 16 16-QAM ±1, ±3 64 64-QAM ±1, ±3, ±5, ±7 ±1 Trải phổ trực tiếp chuỗi hỗn loạn ứng dụng OFDM sử dụng điều chế M-PSK Figure 2.4 Sơ đồ khối hệ thống M-PSK-CDSSS-OFDM 29 Trải phổ trực tiếp chuỗi hỗn loạn ứng dụng OFDM sử dụng điều chế M-PSK KẾT LUẬN Trong báo cáo trình bày khái niệm nguyên lý hỗn loạn OFDM, đồng thời áp dụng vào mơ hình hệ thống trải phổ trực tiếp chuỗi hỗn loạn sử dụng điều chế M-PSK Qua em xin cảm ơn hướng dẫn nhiệt tình thầy giáo TS Nguyễn Xuân Quyền trình tìm hiểu đề tài 30 Trải phổ trực tiếp chuỗi hỗn loạn ứng dụng OFDM sử dụng điều chế M-PSK TÀI LIỆU THAM KHẢO Lê Văn Công “Ứng dụng kỹ thuật trải phổ OFDM sử dụng điều chế M-PSK” Nguyễn Xuân Quyền “Phương pháp điều chế trải phổ chuỗi trực tiếp sử dụng thời gian xung hỗn loạn cho thông tin số” 31