Ứng dụng kỹ thuật ofdm trong các hệ thống thông tin

BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI TP HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG - - NGUYỄN THÀNH HƯNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Đề tài: ỨNG DỤNG KỸ THUẬT OFDM TRONG CÁC HỆ THỐNG THÔNG TIN GVHD: Th.S Lại Nguyễn Duy SVTH: Nguyễn Thành Hưng MSSV: DV06.023 TP.Hồ CHÍ MINH, NĂM 2011 Mục Lục GVHD: Th.S: Lại Nguyễn Duy MỤC LỤC Lời cảm ơn i Mục lục ii Danh mục từ viết tắt v Danh mục hình viii Lời nói đầu Chương 1: Tổng quan hệ thống đa truy nhập 1.1 Đa truy nhập phân chia theo tần số FDMA 1.1.1 FDMA/FDD 1.1.2 FDMA/TDD 1.1.3 Nhiễu giao thoa FDMA 1.1.4 Ưu nhược điểm FDMA 1.1.5 Tính tốn dung lượng 1.2 Đa truy nhập phân chia theo thời gian TDMA 1.2.1 Tạo cụm 1.2.2 Thu cụm 1.2.3 Ưu nhược điểm tính toán dung lượng TDMA 1.3 Đa truy nhập phân chia theo mã CDMA 10 1.3.1 Các kỹ thuật trải phổ 10 1.3.2 Ghép kênh CDMA ưu nhược điểm 15 1.4 Đa truy nhập phân chia theo không gian SDMA 16 1.5 Đa truy nhập phân chia theo tần số trực giao OFDMA 17 1.6 Tổng kết 19 Chương : Kỹ thuật OFDM 2.1 Lịch sử kỹ thuật OFDM 20 2.2 Nguyên lý kỹ thuật OFDM 21 2.2.1 Tính trực giao 22 2.2.2 Hệ thống OFDM 24 2.2.3 Biểu diễn tốn học tín hiệu OFDM 26 SVTH: Nguyễn Thành Hưng Page ii Mục Lục GVHD: Th.S: Lại Nguyễn Duy 2.2.4 Chuỗi bảo vệ CP OFDM 29 2.2.5 Phép nhân xung 31 2.2.6 Giải điều chế OFDM 32 2.2.7 Các kỹ thuật điều chế sở hệ thống OFDM 34 2.3 Ảnh hưởng kênh truyền OFDM 40 2.3.1 Nhiễu AWGN 40 2.3.2 Phân bố Rayleigh phân bố Rice 41 2.3.3 Trải trễ đa đường 43 2.3.4 Nhiễu ISI, ICI 44 2.4 Các vấn đề khác OFDM 45 2.4.1 Đồng 45 2.4.2 PAPR 49 2.5 Dung lượng hệ thống OFDM 51 2.6 Tổng kết 52 Chương 3: Ứng dụng kỹ thuật OFDM 3.1 OFDM ADSL 53 3.1.1 Tổng quan 53 3.1.2 Ứng dụng OFDM 55 3.2 OFDM DVB-T 56 3.2.1 Tổng quan DVB-T 56 3.2.2 Sơ đồ khối hệ thống DVB-T 57 3.2.3 Các kỹ thuật DVB-T 60 3.2.4 Dung lượng DVB-T 63 3.3 OFDM WiMax 64 3.3.1 Tổng quan hệ thống WiMax 64 3.3.2 Kiến trúc hệ thống WiMax 66 3.3.3 Ứng dụng OFDM WiMAx 71 3.4 OFDM hệ thống thông tin LTE 75 3.4.1 Tổng quan LTE 75 3.4.2 Kiến trúc LTE 77 3.4.3 Ứng dụng OFDM LTE 79 3.4.4 Một số kỹ thuật khác LTE 82 3.5 Tổng kết 84 Chương 4: Mô hệ thống OFDM 4.1 Giới thiệu 85 SVTH: Nguyễn Thành Hưng Page iii Mục Lục GVHD: Th.S: Lại Nguyễn Duy 4.2 Mô Simulink 86 4.2.1 Khối phát 87 4.2.2 Khối kênh truyền 88 4.2.3 Khối thu 89 4.2.4 Mô hệ thống với kênh truyền AWGN 89 4.2.5 Mô hệ thống với kênh truyền Rayleigh Fading 93 4.3 Mơ truyền tín hiệu với M-file 96 4.5.1 Truyền kênh có nhiễu AWGN 96 4.5.2 Truyền kênh có nhiễu AWGN Rayleigh Fading 97 4.4 Mơ số ảnh hưởng đến tín hiệu OFDM 100 4.6 Ảnh hưởng phương pháp điều chế số 100 4.6 Ảnh hưởng số sóng mang liệu 101 4.6 Ảnh hưởng khoảng bảo vệ 102 4.6 Ảnh hưởng mã hóa kênh 104 4.5 Tổng kết 105 Tổng kết 109 SVTH: Nguyễn Thành Hưng Page iv Lời nói đầu GVHD: Th.S: Lại Nguyễn Duy LỜI NÓI ĐẦU Thời đại ngày nay, thông tin liên lạc trở thành phận thiết yếu, gắn liền với đời sống người, góp phần khơng nhỏ phát triển kinh tế, truyền bá văn hóa đảm bảo an ninh quốc phòng quốc gia Đặc biệt vài năm trở lại đây, thông tin thoại thông tin liệu truy nhập dịch vụ ứng dụng Internet có bước phát triển bùng nổ với nhiều loại hình dịch vụ dịch vụ mua bán trực tuyến, ngân hàng, du lịch hay dịch vụ đào tạo từ xa, game trực tuyến Cùng với phát triển bùng nổ loại hình dịch vụ Internet, cơng nghệ truy cập liên tục phát triển để đáp ứng đòi hỏi ngày cao cho truy cập dịch vụ băng thông lớn tốc độ cao Từ kỹ thuật truy nhập đơn giản FDMA, TDMA ,các kỹ thuật truy cập băng rộng phát triển nhanh chóng năm gần bao gồm kỹ thuật truy cập hữu tuyến kỹ thuật truy nhập vơ tuyến mà điển hình số kỹ thuật đa truy nhập phân chia theo tần số trực giao OFDMA Ra đời từ năm 60 kỷ 20, kỹ thuật OFDM nhiều nhà khoa học, kỹ sư nghiên cứu, chứng minh có ưu điểm vượt trội mơi trường vơ tuyến, thích hợp để ứng dụng lớp vật lý hệ thống thông tin, hệ thống thông tin vơ tuyến băng rộng tốc độ cao, sau tổ chức phim ảnh giới (MPEG), viễn thông giới (ITU) hiệp hội kỹ sư điện, điện tử (IEEE) nghiên cứu, chuẩn hóa đưa kỹ thuật vào thương mại OFDM kết hợp với kỹ thuật mã hóa đa truy nhập khác tạo nhành kỹ thuật đa truy nhập tiên tiến thích hợp cho dịch vụ xem phim HD, truyền hình hội nghị, truyền thơng quảng bá, truy nhập số liệu tốc độ cao,… di động lúc nơi, đem đến tiện nghi nhu cầu trao đổi thông tin người SVTH: Nguyễn Thành Hưng Page Lời nói đầu GVHD: Th.S: Lại Nguyễn Duy Ở Việt Nam giới, hạ tầng băng rộng đầu tư phát triển mạnh mẽ, tổ chức, công ty tham gia cung cấp dịch vụ ngày đông đảo chứng minh cho chấp nhận rộng rãi tính phổ biến kỹ thuật OFDM tương lai Xuất phát từ thực tế đó, đề tài tốt nghiệp: “ỨNG DỤNG KỸ THUẬT OFDM TRONG CÁC HỆ THỐNG THƠNG TIN” chia làm chương trình bày khái quát nguyên lý kỹ thuật OFDM ứng dụng hệ thống thơng tin ngày Nội dung đề tài bao gồm: Chương 1: “TỔNG QUAN CÁC KỸ THUẬT ĐA TRUY NHẬP” Trình bày tổng quan kiểu đa truy nhập nay, phương thức ghép kênh song công đa truy nhập đường lên, ưu, nhược điểm dung lượng Chương : “ KỸ THUẬT OFDM” Tóm tắt lịch sử hình thành, sở lý thuyết, sơ đồ khối biểu diễn toán học kỹ thuật OFDM, trình bày số điều chế sở OFDM, ảnh hưởng kênh truyền lên tín hiệu OFDM cách khắc phục Chương : “ ỨNG DỤNG CỦA KỸ THUẬT OFDM” Trình bày ứng dụng tiêu biểu kỹ thuật OFDM hệ thống băng rộng, điển hệ thống truyền hình số mặt đất DVB-T, hệ thống truy nhập băng rộng WiMax hay hệ thống thông tin hệ thứ LTE Chương 4: ”MÔ PHỎNG KỸ THUẬT OFDM” Giới thiệu thuật tốn mơ tín hiệu OFDM phần mềm Matlab Cuối phần “TỔNG KẾT” trình bày kết luận hướng phát triển đề tài Mặc dù có nhiều tìm tịi cố gắng, song với kiến thức có hạn đề tài khó tránh khỏi có sai sót Do em mong góp ý quý thầy cơ, bạn bè để đề tài hồn thiện SVTH: Nguyễn Thành Hưng Page Chương 1: Tổng quan kỹ thuật đa truy nhập GVHD: Th.S: Lại Nguyễn Duy Chương TỔNG QUAN CÁC KỸ THUẬT ĐA TRUY NHẬP Trong hệ thống thông tin di động, trạm gốc mạng thường phục vụ trung chuyển tín hiệu cho nhiều thiết bị đầu cuối khác Các thiết bị đầu cuối muốn liên lạc với phải phát tín hiệu yêu cầu truy nhập mạng thơng qua trạm gốc mạng phát tín hiệu tới thiết bị đầu cuối khác Từ đó, người ta xây dựng nên kiểu đa truy nhập vô tuyến sở phân chia nguồn tài nguyên vô tuyến cho đầu cuối sử dụng Mỗi kiểu đa truy nhập vơ tuyến có hai đường truyền gọi tắt đường lên (uplink) từ thiết bị đầu cuối (MS) đến trạm gốc (BS), đường xuống (downlink) theo chiều ngược lại Các phương pháp đa truy nhập chia làm loại bản: ➢ Đa truy nhập phân chia theo tần số FDMA (Frequency Division Multiple Access) ➢ Đa truy nhập phân chia theo thời gian TDMA (Time Division Multiple Access) ➢ Đa truy nhập phân chia theo mã CDMA (Code Division Multiple Access) ➢ Đa truy nhập phân chia theo không gian SDMA (Space Division Multiple Access) Các phương pháp kết hợp với để tạo thành phương pháp đa truy nhập 1.1 Đa truy nhập phân chia theo tần số FDMA FDMA phương pháp đa truy nhập mà kênh truyền cấp phát tần số cố định Giả sử hệ thống cấp phát băng thông tổng cộng B MHz Từ B hệ thống SVTH: Nguyễn Thành Hưng Page Chương 1: Tổng quan kỹ thuật đa truy nhập GVHD: Th.S: Lại Nguyễn Duy chia làm n băng tần để cấp phát cho kênh hệ thống Như vậy, kênh riêng có độ rộng băng tần B/n MHz Để đảm bảo thông tin song công phát – thu trạm phát hay thiết bị đầu cuối phải phát thu tần số khác nhau, phát thu tần số khoảng thời gian khác Phương pháp thứ gọi ghép kênh song công theo tần số FDMA/FDD (Frequecy Division Duplex) Phương pháp thứ gọi ghép kênh song công theo thời gian FDMA/TDD (FDMA Time Division Duplex) 1.1.1 FDMA/FDD Trong phương pháp người ta chia băng thông tổng cộng B thành nửa băng thông gọi nửa băng thấp LHB (Low Haft Band) nửa băng cao UHB (Up Haft Band) Trong nửa băng tần, người ta lại bố trí tần số cho kênh Một kênh truyền song công sử dụng cặp tần số băng thấp băng cao Khoảng cách tần số đường xuống đường lên cho y Trong thông tin di động, tần số đường lên thấp đường xuống nhằm hạn chế tổn hao đường truyền công suất phát thiết bị đầu cuối không lớn Khoảng cách tần số liên tiếp nửa băng x gọi khoảng cách kênh kế cận Hình 1.1: Ghép kênh song cơng FDMA/FDD SVTH: Nguyễn Thành Hưng Page Chương 1: Tổng quan kỹ thuật đa truy nhập GVHD: Th.S: Lại Nguyễn Duy Người ta phải tính tốn khoảng cách x cho với tỉ số tín hiệu nhiễu cho trước (SNR: Signal to Nosise Ratio) hai kênh kế cận gây nhiễu cho 1.1.2 FDMA/TDD Ở phương pháp này, phần phát thu sử dụng chung kênh tần số, nhiên, khoảng thời gian phát thu khác Giả sử trạm phát phát xuống máy thu khe thời gian Tx, sau phải dừng phát để thu tín hiệu khe Rx, tiếp tục lại phát tiếp khe Tx Hình 1.2: Ghép kênh song công FDMA/TDD 1.1.3 Nhiễu giao thoa FDMA Tại trạm phát, liệu phát thông qua song mang khác làm lấp đầy kênh truyền Các sóng mang chồng lấn phần phổ lên Tại máy thu vơ tuyến, phải lọc sóng mang tương ứng với Việc lọc trở nên xác phổ sóng mang có khoảng bảo vệ rộng, nhiên việc lại hạn chế đến đến hiệu suất sử dụng kênh truyền Do người ta cần tính tốn cho đạt hiệu suất kênh truyền cao máy thu dễ dàng lọc sóng mang mong muốn Dù nữa, thu sóng mang cần thiết, máy thu thu SVTH: Nguyễn Thành Hưng Page Chương 1: Tổng quan kỹ thuật đa truy nhập GVHD: Th.S: Lại Nguyễn Duy thêm phần cơng suất sóng mang kênh kế cận, nhiễu giao thoa sóng mang gọi nhiễu kênh kế cận ACI (Adjacent Channel Interference) 1.1.4 Ưu nhược điểm FDMA Phương pháp FDMA có ưu điểm đơn giản, sử dụng phương pháp đồng hay dùng cân đầu thu Tuy nhiên có nhiều nhược điểm điển hình dung lượng thấp, thu phát tần số phục vụ thuê bao, cần phục vụ n th bao phải cần đến n thu phát Vấn đề nhiễu xuyên kênh phải cần đến khoảng băng tần bảo vệ làm giảm hiệu suất sử dụng tần số, giảm dung lượng hệ thống 1.1.5 Tính tốn dung lượng Giả sử hệ thống FDMA cấp phát độ rộng băng tần tổng Bt Mỗi kênh chiếm lượng băng thơng tương đương Bc số kênh m là: Bt 𝑚 = Bc Số người sử dụng cực đại ô K tính: 𝐾= Trong đó: 𝑚 √(2 𝐶 ) 𝐼 (1.1) C: Cơng suất trung bình sóng mang I: Công suất nhiễu 1.2 Đa truy nhập phân chia theo thời gian TDMA Nguyên lý phương pháp tất máy thu thu tần số phân phân biệt cách mở cửa cho tín hiệu theo thời gian Tại thiết bị đầu cuối, phát liệu theo cụm khoảng thời gian TB Sự phát cụm nhiều máy phát đưa vào cấu trúc thời gian dài gọi khung thời gian (khung TDM) Tất máy phát phải tuân thủ theo nguyên tắc SVTH: Nguyễn Thành Hưng Page Chương 4: Mơ tín hiệu OFDM GVHD: Th.S: Lại Nguyễn Duy Nhận xét: Các tần số biên phổ phát tần số khơng mang sóng tín hiệu tin tức (sóng mang 0), bị suy hao nhanh, phổ thu, ảnh hưởng fading AWGN nên phổ tần biên cộng thêm biên độ nhiễu, Nếu lượng cộng thêm lớn gây ảnh hưởng nghiêm trọng phía thu Hình 4.14: Chịm phát, chưa ước lượng, ước lượng Nhận xét: ➢ Khi kênh truyền có fading Rayleigh chịm thu khơng ước lượng bị phân tán sai lệch pha biên độ lớn, dẫn đến tốc độ lỗi bit lớn, giải mã hồn tồn sai lệch ➢ Khi có ước lượng, bù pha biên độ, tín hiệu thu bù pha biên độ, sai lệch xung quanh vị trí chuẩn chịm phát nhỏ, thu giải mã Trong trường hợp kênh truyền có thơng số vector delay, vector gain lớn ước lượng bù pha kịp, dẫn đến lỗi bits lớn Hình 4.15: BER chưa ước lượng ước lượng SVTH: Nguyễn Thành Hưng Page 95 Chương 4: Mơ tín hiệu OFDM 4.3 GVHD: Th.S: Lại Nguyễn Duy Mơ truyền tín hiệu OFDM với M-file Hình 4.16 Giao diện mơ truyền tín hiệu với M-file 4.3.1 Truyền kênh truyền có nhiễu AWGN Giả sử ta truyền file văn dạng “.txt” với thống số điều chế 64-QAM, không ước lượng, ko mã hóa, số điểm FFT =256, số sóng mang Nscr =192, số CP = NFFT/8, kênh nhiễu với SNR = 15dB Kết nhận được: Hình 4.17: Kết truyền OFDM kênh AWGN SVTH: Nguyễn Thành Hưng Page 96 Chương 4: Mơ tín hiệu OFDM GVHD: Th.S: Lại Nguyễn Duy Như với kiểu điều chế bậc cao, khơng có mã hóa kênh, truyền môi trường ảnh hưởng nhiễu lớn phổ thu tín hiệu bị méo dạng, số bits lỗi nhiều dẫn đến tín hiệu thu khơng cịn ngun vẹn tín hiệu gốc Để cải thiện ta cần sử dụng kiểu điều chế bậc thấp, sử dụng thêm mã hóa kênh tăng công suất phát (tăng SNR) Kết sau cải thiện cho hình 4.19 Kết mô chứng tỏ kiểu điều chế cao dễ xảy lỗi bit Hình 4.18: Truyền văn kênh truyền nhiễu cộng AWGN 4.3.2 Truyền kênh truyền có nhiễu Fading Giả sử ta truyền file ảnh, “.jpg” với kiểu điều chế 16-QAM khơng mã hóa kênh, khơng ước lượng kênh nhiễu 25dB fading Kết nhận được: SVTH: Nguyễn Thành Hưng Page 97 Chương 4: Mô tín hiệu OFDM GVHD: Th.S: Lại Nguyễn Duy Hình 4.19: Truyền tín hiệu kênh AWGN Fading Như tín hiệu thu bị sai lệch hồn tồn so với tín hiệu gốc ảnh hưởng kênh truyền AWGN fading, kênh fading với vector trễ tần số doppler làm méo dạng tín hiệu, mật độ phổ dày nhận thay đổi đáp ứng tần, ta đánh giá qua biểu đồ chịm tín hiệu: Hình 4.20: Chịm tín hiệu phát (trái) tín hiệu thu (phải) Fading làm cho chịm tín hiệu thu bị xoay pha, sai lệch hẳn với chòm tín hiệu ban đầu, điều dẫn đến phía thu khơng thể nhận giải mã hóa liệu xác nên lỗi bits lớn SVTH: Nguyễn Thành Hưng Page 98 Chương 4: Mơ tín hiệu OFDM GVHD: Th.S: Lại Nguyễn Duy Để khắc phục ta cần phải ước lượng sai lệch kênh truyền để bù pha biên độ cho điểm thu, điều chế giải điều chế bậc thấp,tăng công suất phát (tăng SNR) thực mã hóa kênh, phân tán bit liệu để giải mã hóa kênh hiệu Hình 4.21: Chịm tín hiệu phát (trái) thu (phải) điều chế QPSK Như sau thực cải thiện, chịm thu có dạng hình 4.22, kết nhận được cho hình 4.23: Hình 4.22: Truyền tín hiệu ảnh kênh AWGN Fading SVTH: Nguyễn Thành Hưng Page 99 Chương 4: Mơ tín hiệu OFDM 4.4 GVHD: Th.S: Lại Nguyễn Duy Mô số ảnh hưởng đến tín hiệu OFDM 4.4.1 Ảnh hưởng phương pháp điều chế số Các thông số mô phỏng: ➢ NFFT = 256 ➢ Numcarr = 192 ➢ Guard = 56 ➢ Fc = GHz ➢ BW = 20 MHz ➢ Kênh truyền Fading có ước lượng kênh ➢ Số bit mô phỏng: 100000 Do thi BER 10 -1 10 -2 BER 10 -3 10 -4 10 -5 BPSK QPSK 16-QAM 64-QAM 10 -6 10 10 15 20 SNR[dB] 25 30 35 40 Hình 4.23: Đồ thị BER với phương pháp điều chế số khác Từ đồ thị BER ta thấy với kiểu điểu chế bậc cao tỉ lệ lỗi bit tỉ số SNR cao Điều xảy điều chế bậc cao tín hiệu ánh xạ vector IQ gần mặt biên độ pha, truyền kênh truyền tín SVTH: Nguyễn Thành Hưng Page 100 Chương 4: Mơ tín hiệu OFDM GVHD: Th.S: Lại Nguyễn Duy hiệu kênh truyền xê dịch pha biên độ làm sai lệch tín hiệu giải mã phía thu Do đó, thực tế để tăng tốc độ truyền người ta sử dụng kiểu điều chế bậc cao địi hỏi SNR phải cao để có tỷ số BER chấp nhận 4.4.2 Ảnh hưởng số sóng mang liệu Thơng số mơ phỏng: ➢ NFFT = 256 ➢ Guard = 56 ➢ Mapping: 16-QAM ➢ Fc = GHz ➢ BW = 20 MHz ➢ Kênh truyền Fading có ước lượng kênh ➢ Số bit mô phỏng: 100000 Do thi BER 10 numcarr numcarr numcarr numcarr -1 10 = = = = 192 162 132 102 -2 BER 10 -3 10 -4 10 -5 10 -6 10 10 15 20 SNR[dB] 25 30 35 40 Hình4.24: Đồ thị BER với số sóng mang mang liệu khác Nhận xét: SVTH: Nguyễn Thành Hưng Page 101 Chương 4: Mô tín hiệu OFDM GVHD: Th.S: Lại Nguyễn Duy Tại tỉ số SNR số sóng mang mang liệu lớn tỷ lệ lỗi bit tăng, điều phù hợp với lý thuyết Ngồi sóng mang liệu, cịn có sóng mang pilot sóng mang biên Tuy nhiên, sử dụng số sóng mang liệu q so với số điểm FFT giảm hiệu suất kênh truyền.Vì cần phải chọn lưa số sóng mang phù hợp để mang lại hiệu suất cao 4.4.3 Ảnh hưởng khoảng bảo vệ Thông số mô phỏng: ➢ NFFT = 256 ➢ Numcarr = 192 ➢ Mapping: 16-QAM ➢ Fc = GHz ➢ BW = 20 MHz ➢ Kênh truyền Fading có ước lượng kênh ➢ Số bit mô phỏng: 100000 Suy ra: Thời gian lấy mẫu là: Ts = 1/B = 50 (ns) Giả sử tín hiệu thu chuyển động với vận tốc km/h Tần số dịch Doppler cực đại là: fdmax = v.fc/ c = (3km/h.5GHz )/(3.108m/s) = 13,88 Hz Vector trễ [0 40.e-8 ] kênh truyền có độ trễ cực đại 400 ns SVTH: Nguyễn Thành Hưng Page 102 Chương 4: Mơ tín hiệu OFDM GVHD: Th.S: Lại Nguyễn Duy Do thi BER 10 G=0 G=28 G=56 G=112 -1 10 -2 BER 10 -3 10 -4 10 -5 10 -6 10 10 15 20 SNR[dB] 25 30 35 40 Hình 4.25: Đồ thị BER với khoảng bảo vệ khác Nhận xét: Kênh truyền mô có độ trải trễ cực đại max = 400 (ns) (tương ứng với 400/50 =8 mẫu) Khi thời gian khoảng bảo vệ nhỏ max tín hiệu bị ISI, tỷ lệ lỗi bit cao (G = 0) Khoảng bảo vệ lớn max loại bỏ hoàn toàn ISI nên giảm tỷ lệ lỗi bit (G = 28, 56 tương ứng 1/8 1/4 số sóng mang con) Tuy nhiên, khoảng bảo vệ lớn (G = 112 tương ứng 1/2 số sóng mang con) làm suy hao SNR hệ thống, dẫn đến tỷ số BER lại tăng Như vậy, việc chọn khoảng bảo vệ phù hợp với trải trễ kênh truyền cực đại cần thiết Suy hao SNR tính: SNR(loss) = 10 ∗ log10 SVTH: Nguyễn Thành Hưng NFFT + CP NFFT (4.2) Page 103 Chương 4: Mô tín hiệu OFDM GVHD: Th.S: Lại Nguyễn Duy 4.4.4 Ảnh hưởng mã hóa kênh Thơng số mơ phỏng: ➢ NFFT = 256 ➢ numcarr = 192 ➢ Guard = 56 ➢ Mapping: 16-QAM ➢ Fc = GHz ➢ BW = 20 MHz ➢ Kênh truyền multipath có ước lượng kênh ➢ Số bit mơ phỏng: 100000 Do thi BER 10 Non CC 1/2 CC 1/2 -1 10 -2 BER 10 -3 10 -4 10 -5 10 -6 10 10 15 20 SNR[dB] 25 30 35 40 Hình 4.26: Đồ thị BER thể ảnh hưởng mã hóa kênh Nhận xét: với kênh truyền multipath việc ước lượng kênh cho kết tốt có thêm mã hóa kênh truyền kết thu tốt Như đồ thị BER SVTH: Nguyễn Thành Hưng Page 104 Chương 4: Mô tín hiệu OFDM GVHD: Th.S: Lại Nguyễn Duy ta thấy SNR từ – 21 dB Convolutional Code chưa có tác dụng sửa lỗi từ SNR = 22 dB trở Convolutional Code có tác dụng sửa lỗi như: SNR = 30 dB BER khơng có CC 10-3 có CC 10-6 Và điều nhận thấy Convolutional Code tác dụng sửa lỗi ảnh hưởng kênh truyền vượt qua mức ngưỡng, SNR = 21 dB 4.5 Tổng kết Chương trình mơ thực mô hệ thống OFDM với thông số lấy từ chuẩn hệ thống WiMAx cố đinh 802.16 Phần mô thực đánh giá cách trực quan ảnh hưởng việc ước lượng kênh hệ thống OFDM truyền môi trường fading nhiễu Mô đánh giá ảnh hưởng phương pháp điều chế số , số sóng mang con, việc mã hóa đến tín hiệu OFDM thơng qua tốc độ lỗi bit BER Mơ cịn thiếu sót chưa mơ ảnh hưởng mã hóa RS, ảnh hưởng phân tán liệu ảnh hưởng việc thu phát phân tập lên chất lượng hệ thống SVTH: Nguyễn Thành Hưng Page 105 Tổng kết GVHD: Th.S: Lại Nguyễn Duy TỔNG KẾT OFDM với ưu điểm vượt trội việc tiết kiệm băng thông hạn chế tốt ảnh hưởng môi trường vô tuyến chứng tỏ kỹ thuật tương thích với hệ thống băng rộng tốc độ cao Cùng với việc áp dụng nhiều hệ thống thông tin, ngày kỹ thuật thương mại hóa, phổ biến rộng rãi tồn giới, việc áp dụng kỹ thuật hệ thống cho nhiều kết đáng khích lệ, DBV-T cho tốc độ truyền cao khoảng 32Mbps, Wimax LTE lý thuyết đạt gần 70 đến 300Mbps đường xuống Kỹ thuật nghiên cứu , kết hợp với kỹ thuật mã hóa, điều chế khác hệ thống tương thích tối ưu Đề tài tốt nghiệp “ ỨNG DỤNG KỸ THUẬT OFDM TRONG CÁC HỆ THỐNG THÔNG TIN” thực nghiên cứu phương pháp sở , thuật toán cấu thành nên kỹ thuật OFDM , thông số ảnh hưởng đến kỹ thuật OFDM, đánh giá ưu nhược điểm hệ thống số cách khắc phục nhược điểm nhẳm tăng cường chất lượng cho hệ thống Để tài ứng dụng kỹ thuật OFDM hệ thống băng rộng khác WiMax, LTE hay DVB-T Trong thực tế, nhiều hệ thống băng rộng khác ứng dụng kỹ thuật này, nhiên thường kết hợp với kỹ thuật mã hóa, điều chế, phân tán… nhằm đem lại tốc độ tối ưu cho hệ thống Phần mô mô hệ thống OFDM bao gồm khối điều chế, mã hóa phân tán, tạo tín hiệu OFDM , thực truyền môi trường truyền AWGN hay Multipath Fading tính tốn tốc độ lỗi bit trường hợp ước lượng kênh không ước lượng, giải thuật ước lượng sử dụng phương phát nội suy sai lệch từ điểm pilot biết trước Phần mô đánh giá chất lượng hệ thống thay đổi phương pháp điều chế số, có mã hóa kênh hay khơng thay đổi số sóng SVTH: Nguyễn Thành Hưng Page 106 Tổng kết GVHD: Th.S: Lại Nguyễn Duy mang liệu, Mô kết hợp với phương pháp điều chế số, phương pháp điều chế số có mã hóa kênh có mức ngưỡng SNR khác nhau, BPSK-CC1/2 có mức ngưỡng SNR=6dB, QPSK-CC1/2 SNR=11dB, 16QAM-CC1/2 SNR=21dB, 64QAM-CC1/2 SNR=31dB Các kết mô với lý thuyết chứng minh việc nên hay không áp dụng kỹ thuật hệ thống Tuy nhiên, đề tài số hạn chế, cần phải phát triển tiếp để hồn thiện Ví thực mơ ứng dụng kỹ thuật OFDM tất hệ thống DVB, LTE uplink, LTE downlink, (chuẩn mô chủ yếu WiMax cố đinh 802.16) Cần thực mô OFDM kết hợp với nhiều kỹ thuật khác mã hóa RS (Reed Solomon) kỹ thuật phân tán, hay phân tập MIMO, Ngồi mã hóa kênh mơ thực tốc độ mã hóa R -1/2 , chửa thực mơ mã hóa tốc độ cao nhằm tăng tốc độ cho hệ thống truyền Thực mô thêm kỹ thuật phân tập thu phát hệ thống cải thiện chương trình mơ cho no đánh giá cách xác hệ thống OFDM thực tế .% SVTH: Nguyễn Thành Hưng Page 107 Tài liệu tham khảo GVHD: Th.S: Lại Nguyễn Duy TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] TS Nguyễn Phạm Anh Dũng, Giáo trình Lộ trình phát triển thơng tin di động 3G lên 4G, NXB Thông tin truyền Thông [2] TS Nguyễn Phạm Anh Dũng, Lý thuyết trải phổ đa truy nhập vơ tuyến, Học Viện cơng nghệ bưu Viễn thông [3] Th.S Nguyễn Quốc Khương, TS Nguyễn Văn Đức, Th.S Nguyễn Trung Kiên, KS Nguyễn Thu Hà (2006), WiMAX – Công nghệ truy nhập mạng không dây băng rộng, Tạp chí Cơng nghệ thơng tin & Truyền thơng, Hà Nội [4] TS Phạm Đắc Bi, Ks Lê Trọng Bằng, K.s Đỗ Anh Tú, Các đặc điểm máy phát số DVB-T Tạp chí Bưu Chính Viễn Thơng & Công Nghệ Thông Tin , (8/2004) [5] Đỗ Công Hùng, Đinh Thế Cường, Nguyễn Quốc Bình, Nâng cao chất lượng hệ thống OFDM BICM-ID, Tạp chí phát triển Khoa học Công nghệ 2006 [6] PGS.TS Nguyễn Hữu Phương, Xử lý tín hiệu số, Nhà xuất Thống Kê [7] Th.S Lê Ngọc Phúc, Bài giảng Thông tin số, ĐH GTVT TPHCM [8] Th.S Nguyễn Huy Hùng, Bài giảng Hệ thống viễn thông 2, ĐH Kỹ thuật công nghệ Tp HCM [9] Ben Zalingo, From fixes WiMax 802.16d to Mobile 802.16e: RF and Digital Baseband testing, Agilent Technologies [10] Hiroshi Harada, Ramjee Prasad, Simulink and sofwawe radio for mobile communications, Universal Personal communications [11] L Hanzo, M, Munster, B.J Choi and T Keller, OFDM and MC-CDMA for Broadband Multi-User Communications, WLANs and Broadcasting, Universty of Southampton, UK SVTH: Nguyễn Thành Hưng Page 108 Tài liệu tham khảo GVHD: Th.S: Lại Nguyễn Duy [12] Ramjee Prasad, OFDM for Wiless communication systems, Artech House, Inc, Boston London [13] Rechard van Nee, Ramjee Prasad, OFDM for Wiless Multimedia communications, Artech House, Inc Boston London [14] Yusi Shen and Edmartin, Channel estimation in OFDM system, Freescale semiconductor Inc 2006 SVTH: Nguyễn Thành Hưng Page 109