PowerPoint Presentation ĐA TRUY NHẬP VÔ TUYẾN Bộ môn Vô tuyến Khoa Viễn Thông 1 BÀI GIẢNG www ptit edu vn 2 FDMA TRỰC GIAO VÀ CDMA ĐA SÓNG MANG CHƯƠNG 6 www ptit edu vn 3 ĐA TRUY NHẬP VÔ TUYẾN NỘI DUN[.]
BÀI GIẢNG ĐA TRUY NHẬP VƠ TUYẾN Bộ mơn: Khoa: Vô tuyến Viễn Thông www.ptit.edu.vn CHƯƠNG 6: FDMA TRỰC GIAO VÀ CDMA ĐA SÓNG MANG www.ptit.edu.vn ĐA TRUY NHẬP VƠ TUYẾN NỘI DUNG • 6.1 Giới thiệu • 6.2 Ghép kênh phân chia theo tần số trực giao, OFDM • 6.3 Hệ thống OFDM • 6.4 Hệ thống OFDMA nhẩy tần • 6.5 CDMA đa sóng mang, MC-CDMA • 6.6 Câu hỏi tập www.ptit.edu.vn ĐA TRUY NHẬP VƠ TUYẾN NỘI DUNG • 6.1 Giới thiệu • 6.2 Ghép kênh phân chia theo tần số trực giao, OFDM • 6.3 Hệ thống OFDM • 6.4 Hệ thống OFDMA nhẩy tần • 6.5 CDMA đa sóng mang, MC-CDMA • 6.6 Câu hỏi tập ĐA TRUY NHẬP VƠ TUYẾN www.ptit.edu.vn 6.1 Giới thiệu • Ngun lý FDM • Băng tần làm việc chia thành băng tần con, băng tần ấn định cho kênh Các kênh truyền đồng thời với tần số khác • Giữa kênh cần khoảng bảo vệ, tránh ảnh hưởng lẫn • Máy thu lựa chọn sóng mang cần thu theo tần số phù hợp Tần số Trạm gốc N f t f FDMA t f B N 2 t a) N FDMA Thời gian Hình 6.2 Hệ thống FDMA www.ptit.edu.vn ĐA TRUY NHẬP VÔ TUYẾN 6.1 Giới thiệu • OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplex) • Phân chia tổng độ rộng băng tần cần truyền vào số sóng mang truyền đồng thời sóng mang • Các sóng mang trực giao với • Đặc điểm • Luồng số tốc độ cao phân thành nhiều luồng tốc độ thấp • Độ rộng băng tần sóng mang nhỏ độ rộng băng tần quán kênh (B < Bc) • Tăng độ dài ký hiệu lớn độ trễ kênh phân tán thời gian • Giảm ảnh hưởng kênh truyền phân tán • Giảm ảnh hưởng trễ đa đường • Chuyển đổi kênh phadinh chọn lọc thành kênh phadinh phẳng www.ptit.edu.vn ĐA TRUY NHẬP VƠ TUYẾN 6.1 Giới thiệu • OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplex) • Được sử dụng rộng rãi: • Truyền hình số mặt đất, truyền hình số di động, truyền hình cáp • Các chuẩn mạng Lan 802.11 a/g/n/ac • WiMAX • ADSL • LTE LTE Advanced • … www.ptit.edu.vn ĐA TRUY NHẬP VƠ TUYẾN 6.1 Giới thiệu • OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access) • Mỗi người sử dụng cấp phát số sóng mang tập sóng mang hệ thống • Đặc điểm • Các sóng mang phải trực giao với (khơng tương quan) • → Mật độ phổ cơng suất kênh chồng lấn lên mà khơng gây nhiễu • Thu hẹp khoảng bảo vệ băng • Tăng dung lượng hệ thống (nâng cao hiệu suất sử dụng tần số: gần 50%) a) K1 K2 K3 K4 K5 K6 K7 K8 K9 Hình 6.2 So sánh a) FDMA (b) OFDMA K10 TÇn số b) Tiết kiệm độ rộng băng tần Tần số www.ptit.edu.vn ĐA TRUY NHẬP VÔ TUYẾN 6.1 Giới thiệu OFDM Nguyên lý: Phân chia tổng băng thông cần truyền vào số sóng mang trực giao để truyền đồng thời sóng mang Ý nghĩa: Giảm tốc độ luồng số → Tăng độ dài ký hiệu Ts → Giảm ảnh hưởng trễ đa đường OFDMA Nguyên lý: Xây dựng sở nguyên lý OFDM Mỗi người sử dụng cấp phát số sóng mang tổng số sóng mang khả dụng hệ thống Ý nghĩa: Sử dụng sóng mang trực giao → Tăng dung lượng hệ thống www.ptit.edu.vn ĐA TRUY NHẬP VƠ TUYẾN NỘI DUNG • 6.1 Giới thiệu • 6.2 Ghép kênh phân chia theo tần số trực giao, OFDM • 6.3 Hệ thống OFDM • 6.4 Hệ thống OFDMA nhẩy tần • 6.5 CDMA đa sóng mang, MC-CDMA • 6.6 Câu hỏi tập 10 www.ptit.edu.vn ĐA TRUY NHẬP VÔ TUYẾN 6.3 Hệ thống OFDM • Thơng số thiết kế hệ thống WLAN Để thiết kế hệ thống OFDM WLAN ta tiến hành sau: Chọn TGD= (2 đến 4) RDS Trong thực tế thường chọn TGD=4RDS Thời gian ký hiệu OFDM: Ts =5TGD Tốc độ lặp ký hiệu OFDM: Rs=1/Ts Thời gian hiệu dụng ký hiệu TFFT=Ts-TGD Băng thơng sóng mang con: f=1/TFFT Số sóng mang Bt/ f; Bt tổng băng thông khả dụng 42 www.ptit.edu.vn ĐA TRUY NHẬP VƠ TUYẾN 6.3 Hệ thống OFDM • Các mốc lịch sử OFDM • Robert W Chang sáng chế OFDM năm 1966 • Steve Weinstein Paul Ebert sử dụng DFT cho OFDM năm 1971 • Năm 1980, Cyclic prefix đưa vào sử dụng nhằm chống phading đa đường A Ruiz • Ứng dụng ADSL năm 1993 J Cioffi • Được đưa vào IEEE 802.11a năm 1999 IEEE 802.11g năm 2003 chuẩn wifi sau 43 www.ptit.edu.vn ĐA TRUY NHẬP VƠ TUYẾN 6.3 Hệ thống OFDM • Vấn đề PAPR PAPR = max x(t ) 2 E x(t ) 44 www.ptit.edu.vn ĐA TRUY NHẬP VÔ TUYẾN 6.3 Hệ thống OFDM • OFDM vs SC-FDMA 45 www.ptit.edu.vn ĐA TRUY NHẬP VƠ TUYẾN 6.3 Hệ thống OFDM • OFDM vs SC-FDMA Trong LTE: SC-FDMA dùng cho uplink OFDM for downlink 46 www.ptit.edu.vn ĐA TRUY NHẬP VƠ TUYẾN NỘI DUNG • 6.1 Giới thiệu • 6.2 Ghép kênh phân chia theo tần số trực giao, OFDM • 6.3 Hệ thống OFDM • 6.4 Hệ thống OFDMA nhẩy tần • 6.5 CDMA đa sóng mang, MC-CDMA • 6.6 Câu hỏi tập 47 ĐA TRUY NHẬP VÔ TUYẾN www.ptit.edu.vn 6.4 Hệ thống OFDMA nhẩy tần • Tổng quát • OFDMA nhẩy tần hệ thống CDMA nhẩy tần • Mỗi người dùng chuyển đổi tần số làm việc tập tần số theo Tần số mẫu xác định chuỗi PN (trải phổ nhẩy tần) • Mỗi người dùng sử dụng toàn băng tần hệ thống • Loại bỏ nhiễu từ người dùng khác user a f e d c b b a f e d c c b a f e d d c b a f e e d c b a f f e d c b a Thời gian Hình 6.19 Thí dụ sáu mẫu nhẩy tần với sáu tần số nhẩy khác 48 ĐA TRUY NHẬP VÔ TUYẾN www.ptit.edu.vn 6.4 Hệ thống OFDMA nhẩy tần • Hệ thống OFDMA/UMTS • Thơng số hệ thống Bảng 6.5 Các thông số cuả hệ thống đề suất cho OFDMA Thông số STT Giá trị Khoảng cách sóng mang 4,1666 kHz Thời gian ký hiệu 288,46 s Số sóng mang khe tần 100kHz 24 Thời gian bảo vệ phía trước 38s Thời gian bảo vệ phía sau 8s Đơn vị điều chế khe băng tần khe thời gian (=1 ký hiệu) Khối điều chế khe thời gian khe băng tần 49 www.ptit.edu.vn ĐA TRUY NHẬP VÔ TUYẾN 6.4 H thng OFDMA nhy tn Tần số ã H thng OFDMA/UMTS Khoảng cách sóng mang con=4,1666kHz Hỡnh 6.20 Li tn s-thi gian Đơn vịđiều chế Khối điều chế Khe băng=100kHz (24 sóng mang con) Khe thời gian 288,6s Thời gian 50 www.ptit.edu.vn ĐA TRUY NHẬP VÔ TUYẾN 6.4 Hệ thống OFDMA nhẩy tần • Hệ thống OFDMA/UMTS Khung (4,615 ms) khung (18,45 ms) ®an xen Hình 6.21 Cấu trúc khung Khung (1,1534 ms) Khe thêi gian ( 288, 46s ) Khoảng bảo vệ Cụm thu Đ iều khiển công suất Đ iều chỉnh thời gian Số liệu ng êi sư dơng Cơm ph¸ t 51 www.ptit.edu.vn ĐA TRUY NHẬP VƠ TUYẾN NỘI DUNG • 6.1 Giới thiệu • 6.2 Ghép kênh phân chia theo tần số trực giao, OFDM • 6.3 Hệ thống OFDM • 6.4 Hệ thống OFDMA nhẩy tần • 6.5 CDMA đa sóng mang, MC-CDMA • 6.6 Câu hỏi tập 52 ĐA TRUY NHẬP VƠ TUYẾN www.ptit.edu.vn 6.5 MC-CDMA • Tổng qt • MC-CDMA kết hợp DS-CDMA OFDMA • Mỗi bit số liệu trải phổ N chip • Mỗi chip truyền sóng mang tập N sóng mang • Mơ hình hệ thống a) Sơ đồ máy phát Trải phổ cK XN-1 y R0 RN-1 Bộ biến đổi song song thành nối tiếp dK S x OFDM ngược X0 OFDM Trải phổ c1 Bộ biến đổi nối tiếp thành song song d1 b) Sơ đồ máy thu r Bộ tách sóng dˆ k Hình 6.24 Mơ hình hệ thống MC-CDMA cho K người dùng 53 www.ptit.edu.vn ĐA TRUY NHẬP VÔ TUYẾN 6.6 Câu hỏi tập 10 Cho đường truyền có lý lịch trễ cơng suất sau: (ns) 110 190 410 a (dB) -9,7 -19,2 -22,8 Tính trễ trội trung bình (a) 20ns; (b) 14,4ns; (c) 51,5ns ; (d) 60ns 11 (tiếp) Tính moment bậc hai lý lịch trễ công suất (a) 1000 ns 2; (b) 1530ns 2; (c) 2314,5ns 2; (d) 2500ns 12 (tiếp) Tính trải trễ trung bình qn phương (a) 15ns; (b) 25ns; 30,6ns; (d) 46ns 13 (tiếp) Tìm băng thông cực tiểu cho OFDM (a) 200 kHz; (b) 300kHz; (c) 350kHz; (d) 434,78kHz 14 (tiếp) Tìm số sóng mang cực đại cho hệ thống OFDM có băng thông 10 MHz (a) 10; (b) 18; (c) 23; (d)30 54 www.ptit.edu.vn ĐA TRUY NHẬP VÔ TUYẾN 6.6 Câu hỏi tập 15 Một hệ thống OFDM WLAN (802.11a) sử dụng điều chế 16-QAM với tỷ lệ mã hóa 1/2 cần đảm bảo tốc độ truyền dẫn 24Mbps với tổng độ rông băng tần B t=20MHz thông số kênh RDS 200ns TCP = 4xRDS Thời gian kí hiệu T = 5TCP Tính thời gian bào vệ cần thiết (TGD) (a) 400ns ; (b) 500ns; (c) 800ns 16.(tiếp) Tính thời gian ký hiệu OFDM (Ts) (a) 1,5 s; (b) 3s; (c) 4s; (d) 4,5s 17.(tiếp) Tính tốc độ ký hiệu OFDM (Rs) (a) 200 ksps; (b) 250ksps; (d)300 ksps; (d) 350 ksps 18.(tiếp) Tính thời gian hiệu dụng ký hiệu (TFFT) (a) 3s; (b) 3,2s; (c) 3,5s; (d) 4s 19.(tiếp) Tính băng thơng (khoảng cách hai sóng mang con) (a) 310 kHz; (b) 312,5 kHz; (c) 324,5kHz 20.(tiếp) Tính số bit thơng tin ký hiệu OFDM (a) 76; (b) 86; (c) 96; (d) 106 55 www.ptit.edu.vn ĐA TRUY NHẬP VÔ TUYẾN 6.6 Câu hỏi tập 21 (tiếp) Tính tính số bit thơng tin sóng mang (a) 1; (b)2; (c)3; (d)4 22 (tiếp) Tính số sóng mang cần thêm bốn sóng mang cho hoa tiêu (a) 48; (b) 50; (c) 52; (d) 56 23 (tiếp) Tính tổng băng thông sử dụng (a) 15,25 MHz; (b) 16,25MHz; (d) 17,25 MHz 24 (tiếp) Tính khoảng băng bảo vệ (a) 3,5 MHz; (b) 3,75MHz; (c) 4MHz; (d) 4,25MHz 25 Nếu hệ thống WLAN 802.11a 15 sử dụng điều chế 64 QAM với tỷ lệ mã hóa 3/ tốc độ truyền tin (a) 44Mbps; (b) 47Mbps; (c) 54Mbps; (d)64Mbps 56 ...www.ptit.edu.vn CHƯƠNG 6: FDMA TRỰC GIAO VÀ CDMA ĐA SÓNG MANG www.ptit.edu.vn ĐA TRUY NHẬP VÔ TUYẾN NỘI DUNG • 6. 1 Giới thiệu • 6. 2 Ghép kênh phân chia theo tần số trực giao, OFDM • 6. 3 Hệ thống OFDM • 6. 4... www.ptit.edu.vn ĐA TRUY NHẬP VÔ TUYẾN NỘI DUNG • 6. 1 Giới thiệu • 6. 2 Ghép kênh phân chia theo tần số trực giao, OFDM • 6. 3 Hệ thống OFDM • 6. 4 Hệ thống OFDMA nhẩy tần • 6. 5 CDMA đa sóng mang, MC-CDMA • 6. 6... www.ptit.edu.vn ĐA TRUY NHẬP VÔ TUYẾN NỘI DUNG • 6. 1 Giới thiệu • 6. 2 Ghép kênh phân chia theo tần số trực giao, OFDM • 6. 3 Hệ thống OFDM • 6. 4 Hệ thống OFDMA nhẩy tần • 6. 5 CDMA đa sóng mang, MC-CDMA • 6. 6