(TIỂU LUẬN) báo cáo CHUYÊN đề học PHẦN MẠNG KHÔNG dây và DI ĐỘNG đề tài trình bày về điều chế OFDM, ứng dụng trong mạng thông tin di động và mô phỏng matlab

TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN BÁO CÁO CHUYÊN ĐỀ HỌC PHẦN MẠNG KHÔNG DÂY VÀ DI ĐỘNG ĐÊ TAI: Trình bày điều chế OFDM, ứng dụng mạng thông tin di động mô matlab Sinh viên thực : NGUYỄN VĂN DOANH - 19810310643 Giảng viên : TRẦN VĂN NGHĨA hướng dẫn Ngành : ĐIỆN TỬ VIỄN THƠNG Lớp : D14CNPM5 Khóa : 2019-2024 Hà Nội, tháng năm 2022 I Giới thiệu OFDM Lịch sử phát triển Trong năm gần đây, phương thức ghép kênh phân chia theo tần số trực giao OFDM (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 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 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 OFDM chia dòng liệu tốc độ cao thành 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 tuỳ theo tỷ số tín tạp SNR sóng mang 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 cơng 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 điều chế OFDM ứng dụng rộng rãi Thay sử dụng IDFT người ta sử dụng phép biến đổi nhanh IFFT cho điều chế OFDM, sử dụng FFT cho giải điều chế OFDM Tổng quan OFDM OFDM (là viết tắt Orthogonal Frequency Division Multiplexing) tạm dịch Ghép Kênh Phân Chia Theo Tần Số Trực Giao Nguyên lý phương pháp sử dụng kỹ thuật đa sóng mang để truyền lượng lớn ký tự thời điểm Sử dụng kỹ thuật OFDM có nhiều ưu điểm, hiệu sử dụng phổ cao, khả chống giao thoa đa đường tốt (đặc biệt hệthống không dây) dễ lọc bỏ nhiễu (nếu kênh tần số bị nhiễu, tần số lân cận bị bỏ qua, khơng sử dụng) Ngồi ra, tốc độ truyền Uplink Downlink thay đổi dễ dàng việc thay đổi số lượng sóng mang sử dụng Một ưu điểm quan trọng hệ thống sử dụng đa sóng mang sóng mang riêng hoạt động tốc độ bit nhỏ dẫn đến chu kỳ ký tự tương ứng kéo dài Ví dụ, muốn truyền với tốc độ hàng triệu bit giây kênh đơn, chu kỳ bit phải nhỏ micro giây Điều gây khó khăn cho việc đồng loại bỏgiao thoa đa đường Nếu lượng thơng tin trải cho N sóng mang, chu kỳ bit tăng lên N lần, lúc việc xử lý vấn đề định thời, đa đường đơn giản Phương pháp điều chế đa sóng mang OFDM Ý tưởng kỹ thuật OFDM việc chia luồng liệu trước phát thành N luồng liệu song song có tốc độ thấp phát luồng liệu sóng mang khác Các sóng mang trực giao với nhau, điều thực cách chọn độ dãn cách tần số chúng cách hợp lý Công nghệ OFDM nằm lớp kỹ thuật điều chế đa sóng mang thơng tin vơ tuyến Cịn hệ thống thông tin hữu tuyến chẳng hạn hệ thống ADSL, kỹ thuật thường đượcc nhắc đến tên: đa tần (DMT) Ý tưởng kỹ thuật OFDM việc chia lượng liệu trước phát thành N luồng liệu song song có tốc độ thấp phát luồng liệu sóng mang khác Các sóng mang trực giao với nhau, điều thực cách chọn độ dãn cách tần số chúng cách hợp lý OFDM tạo lưới theo thời gian tần số Mỗi hình chữ nhật kênh độc lập cấp cho người sử dụng khác Cấu trúc, chức hệ thống OFDM Sơ đồ khối hệ thống OFDM hình họa theo hình sau: Hình 3.1: Sơ đồ khối hệ thống OFDM Khối biến đổi nối tiếp sang song song (Serial to Para) Luồng số liệu nối tiếp (Serial) vào đƣợc tạo kích cỡ theo yêu cầu tuyền dẫn (điều chế QAM) chuyển thành dạng song song Dữ liệu phát song song cách gán mối từ cho sóng mang để điều chế tín hiệu Khối điều chế ( Modualation Mapping ) Dữ liệu phát sóng mang đƣợc mã hóa vi sai điều chế mã M – QAM Vì tín hiệu mã hóa vi sai u cầu tham chiếu ban đầu nên ký hiệu bổ sung vào đầu chuỗi Dữ liệu ký hiệu sau đƣợc với góc pha định dựa theo phương thức điều chế Sử dụng PSK tạo tín hiệu biên độ khơng đổi đơn giảm vấn đề biến đổi pha fading Khối biến đổi Fourier ngƣợc ( IFFT) Sau phổ yêu cầu đƣợc xác định, thực biến đổi Fourier để tìm dạng sóng thời tương ứng biến đổi Fourier rời rạc ngược IDFT, biến đổi Fourier rời rạc DFT sử dụng cho điều chế giải điều chế chùm tín hiệu sóng mang trực giao Các thuật tốn xử lý tín hiệu thay điều chế giải điều chế I/Q yêu cầu Trong trường hợp , N lấy lũy thừa nguyên 2, cho phép ứng với thuật toán biến đổi Fourier nhanh ( IFFT, FFT ) hiệu cho điều chế giải điều chế Khối chèn khoảng bảo vệ Khối bảo vệ thêm vào đầu ký hiệu, gồm hai phần, nửa phát biên độ Zero, nửa khác phần mở rộng tín hiệu phát, điều cho phép dễ dàng khôi phục định thời kỳ, làm giảm SNR tới 0,5 tới dB Khối kênh truyền dẫn vô tuyến Một mơ hình kênh áp dụng cho tín hiệu phát Mơ hình cho phép điều khiển tỉ số tín hiệu tạp âm SNR, nhiễu đa đường công suất đỉnh, SNR lập cách thêm lượng nhiễu trắng biết vào tín hiệu, trễ đa đường mô tả bẳng lọc FIR, độ dài lọc tương ứng với độ trễ lớn hệ số biên độ tương ứng với lượng tín hiệu phản hồi Máy thu Máy thu hoạt động ngược lại so với máy phát, khoảng bảo vệ loại bỏ, biên độ Fourier nhanh FFT để tìm phổ tín hiệu gốc phát a Các ưu điểm kỹ thuật OFDM: Sử dụng dải tần hiệu cho phép chồng phổ sóng mang Hạn chế ảnh hưởng fading hiệu ứng nhiều đường cách chia kênh fading chọn lọc tần số thành kênh fading phẳng tương ứng với tần số sóng mang OFDM khác Phương pháp có ưu điểm quan trọng loại bỏ hầu hết giao thoa sóng mang (ICI) giao thoa ký hiệu (ISI) sử dụng CP Nếu sử dụng biện pháp xen rẽ mã hố kênh thích hợp khắc phục tượng suy giảm xác suất lỗi ký hiệu hiệu ứng chọn lọc tần số kênh gây Có thể sử dụng phương pháp giải mã tối ưu với độ phức tạp giải mã mức cho phép Quá trình cân kênh thực đơn giản so với việc sử dụng kỹ thuật cân thích nghi hệ thống đơn tần Trên thực tế, trình thực điều chế giải điều chế OFDM đảm bảo nhờ sử dụng phép biến đổi FFT Nếu sử dụng kết hợp với phép điều chế vi sai khơng phải thực q trình ước lượng kênh b Nhược điểm OFDM kỹ thuật truyền đa sóng mang nên nhƣợc điểm kỹ thuật tỷ số công suất đỉnh công suất trung bình PAPR (Peak- toAverage Power Ratio) lớn Tín hiệu OFDM tổng hợp tín hiệu từ sóng mang phụ, nên sóng mang phụ đồng pha, tín hiệu OFDM xuất đỉnh lớn Điều khiến cho việc sử dụng không hiệu khuyếch đại công suất lớn HPA (High-Power Amplifier) Một nhƣợc điểm khác OFDM nhạy với lệch tần số, hiệu ứng dịch tần Doppler xảy tần số sóng mang trung tâm bị lệch, dẫn đến FFT khơng lấy mẫu đỉnh sóng mang, dẫn tới sai lỗi giải điều chế symbol Ứng dụng OFDM mạng thông tin di động mơ matlab Ứng dụng Có thể nói mạng internet băng rộng ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line) quen thuộc Việt Nam, người biết nâng cao tốc độ đường truyền hệ thống ADSL nhờ cơng nghệ OFDM Nhờ kỹ thuật điều chế đa sóng mang cho phép chồng phổ sóng mang mà tốc độ truyền dẫn hệthống ADSL tăng lên cách đáng kể so với mạng cung cấp dịch vụ internet thông thường Bên cạnh mạng cung cấp dịch vụ ADSL sử dụng rộng rãi Việt Nam nay, hệ thống thông tin vô tuyến mạng truyền hình số mặt đất DVB-T khai thác sử dụng Các hệ thống phát số DAB DRM chắn khai thác sử dụng tương lai không xa Các mạng thơng tin máy tính khơng AI dây HiperLAN/2, IEEE 802.11a, g khai thác cách rộng rãi Việt Nam Hệ thống phát số đường dài DRM ( Digitall radio Mondiale ) Mạng máy tính khơng dây với tốc độ truyền dẫn cao Hiper LAN/2 (High pefomance local Area NetWok type ) Đặc biệt OFDM ứng cử viện triển vọng cho hệ thống thông tin 4G (hệ thống truy nhập Intermet không dây băng rộng theo tiêu chuận Wimax) Mô matlab II.1 Code điều chế OFDM close all; clear all; clc; n1=1; n2=14; FFT_SIZE=256; %CP=16; %% Data Generator Data_gen = randint(1,11,255) D=dec2bin(Data_gen); s=0; %% BER PARAMETERS EbNo=0:1:15; BER = zeros(1,length(EbNo)); numPackets=15; frmLen = 1000; for idx = 1: length(EbNo) for packetidx = : numPackets % Convolution Encoder conv_in=[]; for index =1:11 conv_in=[conv_in double(D(index,:))48]; end conv_in=[conv_in 0 0 0 0]; %%8 bits padding DIN=conv_in; trel = poly2trellis(7, [171 133]); % Define trellis code = convenc(conv_in,trel); clear conv_in; inter_out=code; %% BPSK Data Mapping mapper_out=mapping(inter_out',1,1); clear inter_out; %D=mapper_out; ifft_in=[0,mapper_out(1:96),zeros(1,32),zeros(1,31),mapper_out(97:192)] tx_data=ifft(ifft_in); clear ifft_in; %rx_data=awgn(tx_data,10,'measured'); %rx_data=awgn(tx_data,10,'measured'); %rx_data=awgn(tx_data,2,'measured'); %rx_data=awgn(tx_data,1,'measured'); rx_data = awgn(tx_data./sqrt(16), EbNo(idx) , 'measured'); rx_data = awgn(rx_data./sqrt(16), EbNo(idx) , 'measured'); rx_data = awgn(rx_data./sqrt(16), EbNo(idx) , 'measured'); rx_data=fft(rx_data); clear tx_data; rx_data1=[rx_data(1,2:97) rx_data(1,161:256)]; % taking out symbols for demapping % rx_data1=RECON; Demap_out=demapper(rx_data1,1,1); %%viterbi decoder vit_out=vitdec(Demap_out,trel,7,'trunc','hard'); clear Demap_out; DOUT=vit_out; %figure;plot(DOUT-DIN); [number,ratio] = biterr(DIN,vit_out); error(packetidx) = biterr(DIN,vit_out); end % End of for loop for numPackets BER21(idx) = sum(error)/ (log2(4)*numPackets*frmLen); end h=gcf;clf(h); grid on; hold on; set(gca,'yscale','log','xlim',[EbNo(1), EbNo(end)],'ylim',[0 1]); xlabel('Eb/No (dB)'); ylabel('BER'); set(h,'NumberTitle','off'); set(h,'Name','BER Results'); set(h, 'renderer', 'zbuffer'); title('OFDM alone BER PLOTS'); semilogy(EbNo(1:end),BER21(1:end),'b-*'); %error=biterr(DOUT,DIN); %Grouping Bits and converting to Dec for RS Decoder II.2 Kết KẾT LUẬN Kết đạt được: em hồn thành đề “Trình bày điều chế OFDM, ứng dụng mạng thông tin di động mô matlab” Do thời gian kiến thức có hạn nên báo cáo em cịn nhiều sai sót, mong thầy góp ý cho em để em hồn thiện báo cáo TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Đặng Văn Chuyết, Giáo trình Kỹ thuật mạch điện tử, Nhà xuất Giáo dục, 2006 [2] Manh Cuong Ho, Trong Hieu Le, Le Cuong Nguyen, Accurately estimated the complex relative permittivity of materials using a super high-resolution algorithm at X-band microware propagation, Electromagnetics, 40 (1), 1-12-2020 [3] Tài liệu giáo trình mơn mạng khơng dây di động [4] Tài liệu thông MatWorks  ... %error=biterr(DOUT,DIN); %Grouping Bits and converting to Dec for RS Decoder II.2 Kết KẾT LUẬN Kết đạt được: em hồn thành đề ? ?Trình bày điều chế OFDM, ứng dụng mạng thông tin di động mô matlab? ?? Do thời... đến FFT không lấy mẫu đỉnh sóng mang, dẫn tới sai lỗi giải điều chế symbol Ứng dụng OFDM mạng thông tin di động mô matlab Ứng dụng Có thể nói mạng internet băng rộng ADSL (Asymmetric Digital... kỹ thuật số làm cho kỹ thuật điều chế OFDM ứng dụng rộng rãi Thay sử dụng IDFT người ta sử dụng phép biến đổi nhanh IFFT cho điều chế OFDM, sử dụng FFT cho giải điều chế OFDM Tổng quan OFDM OFDM