Tiểu luận: đồng bộ trong ofdm

Tiểu luận: đồng bộ trong ofdm

Học Viện Bưu Chính Viễn Thông

Khoa Quốc Tế và Đào Tạo Sau Đại Học

Tiểu luận ĐỒNG BỘ TRONG OFDM

Giáo viên hướng dẫn : PGS.TS BÙI HIẾU Sinh viên thực hiện : NGUYỄN HỮU DŨNG Lớp : M13CQTEO1 - B

NỘI DUNG TRÌNH BÀY

GIỚI THIỆU OFDM

1

ĐỒNG BỘ KÝ TỰ

2

ĐỒNG BỘ TẦN SỐ

3

KẾT LUẬN

4

Do các vấn đề về nhiễu (interference) và các vấn đề về đa

đường (multi path), một số công nghệ trước đây cũng đã đưa ra

giải pháp điều chế sóng mang đơn dùng cho các ứng dụng NLOS

(non line of sight) nhưng cũng chưa mang lại hiệu quả cao

Sự ra đời của kỹ thuật ghép kênh phân chia theo tần số trực giao –

OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) : là một

bước đột phá trong thị trường truy cập vô tuyến băng rộng

Công nghệ OFDM nằm trong một lớp các kỹ thuật điều chế đa sóng

mang (FDM) trong thông tin vô tuyến

Điều chế đa song mang

(ghép kênh phân chia theo tần số FDM):

Ưu điểm (so với ĐC đơn mang):

+Giảm ảnh huởng của nhiễu liên

tín hiệu ISI (inter symbol

interference)

+Độ phức tạp của bộ cân bằng

kênh và lọc nhiễu giảm

Nhược điểm :

+Giảm hiệu quả sử dụng phổ do

các kênh phụ được phân cách

nhau ở một khoảng nhất định

Để tăng hiệu quả sử dụng phổ và kế thừa ưu điểm của điều chế đa sóng mang  phương pháp điều chế đa sóng mang trực giao

OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) ra đời:

• Chia lượng dữ liệu trước khi phát đi thành N luồng dữ liệu song

song có tốc độ thấp hơn và phát mỗi luồng dữ liệu đó trên một sóng mang con khác nhau.

• Các sóng mang này là trực giao với nhau, điều này được thực hiện bằng cách chọn độ dãn cách tần số giữa chúng một cách hợp lý

Khái nệm về sự trực giao của 2 tín hiệu

≠

=

∫ p t q t dt

a

b

) (

* )

( ψ ψ

)

(t

p

ψ )

(

* t q

ψ

OFDM

k , p = q

0 , p q

là liên hợp phức của

a, b là chu kì của tín hiệu

k : const

SƠ ĐỒ HỆ THỐNG TRUYỀN DẪN OFDM

Điều chế ở

băng tần cơ sở

Chèn mẫu tin dẫn đường IDFT Chèn chuỗi bảo vệ

Biến đổi sô/tương tự

Kênh vô tuyến

Biến đổi tương tự/số

Tách chuỗi bảo vệ

DFT

Tách mẫu tin dẫn đường

Khôi phục kênh truyền

Cân bằng kênh

Giải điều chế ở

bằng tần cơ sở

Nhiễu trắng (AWGN) Dòng bit

Dòng bit

ĐỒNG BỘ OFDM

• Qui trình đồng bộ trong OFDM

Đồng bộ ký tự

• Đồng bộ thời gian dựa trên tín hiệu Pilot:

Pilot có thể được hiểu như những mẫu kí tự dẫn đường, làm hoa tiêu Tín hiệu bên phát khi truyền qua kênh vô tuyến thì biên độ

và pha đã bị thay đổi OFDM sẽ dụng pilot để ước lượng và cân bằng kênh truyền Nhờ đó có thể thu lại tín hiệu có hình dạng giống như bên phát

Bên cạnh chức năng chính đó, người ta cũng có thể sử dụng luôn pilot cho khâu đồng bộ

Đồng bộ ký tự

Hình dạng dữ liệu thực tế

Đồng bộ ký tự

Gồm 3 giai đoạn:

+ Nhập biết công suất: Cho phép xác định có hay không tín hiệu OFDM tại đầu vào của máy thu, bằng cách đo công suất thu và

so sánh với mức ngưỡng

+ Đồng bộ thô:

Tín hiệu lấy mẫu sẽ được đồng bộ bước đầu với độ chính xác bằng 1 nửa thời gian lấy mẫu

Được thực hiện bằng cách cho tương quan với giữa tín hiệu thu được với bản sao tín hiệu phát rồi tìm đỉnh tương quan Tần số ước lượng của các điểm phải gấp khoảng 4 lần tốc độ tín hiệu để đảm bảo tính chính xác trong ước lượng đỉnh tương quan

+ Đồng bộ tinh: Các kênh con cùng các tín hiệu dẫn đường

được cân bằng với các kênh đã được ước lượng thông qua

chuỗi huấn luyện

Đồng bộ ký tự

• Đồng bộ kí tự dựa vào tiền tố lặp CP

Cấu trúc khung OFDM thực hiện đồng bộ

Đồng bộ ký tự

Dựa theo công thức:

( ) ( ) – ( )

Với

- r(m) và r(m-N) là các mẫu phát nằm trong thời khoảng xét.

- d(m) là hiệu của hai biến ngẫu nhiên không tương quan

• Nếu r(m) và r(m+N) tương ứng với các mẫu tín hiệu phát nằm

trong thời khoảng của cùng một ký tự OFDM, chúng phải là bản

sao của nhau nên công suất của d(m) = r(m) - r(m+N) thấp

• Nếu r(m) và r(m+N) không tương ứng với các mẫu tín hiệu phát nằm trong thời khoảng của cùng một ký tự công suất trung bình của d(m) trong trường hợp này bằng hai lần công suất trung bình của ký tự OFDM

Đồng bộ tần số

a Đồng bộ tần số lấy mẫu

• Do sự sai khác về tần số lấy mẫu giữa bên phát và bên thu vì

không thể có 2 bộ dao động giống nhau 100% Sự sai lệch tần số lấy mẫu này sẽ ảnh hưởng lên tất cả các sóng mang con, nhưng với mỗi sóng mang khác nhau thì ảnh hưởng sẽ khác nhau

• Sự sai khác tần số lấy mẫu giữa bên phát và bên thu:

( anstr miter) ( ecer iver)

Đồng bộ tần số

• Có 2 giải pháp khắc phục

- Sử dụng thuật toán điều khiển bộ dao

động điều chỉnh bởi điện áp VCO

(Voltage-Controlled Oscillator)

- Xử lý số để động bộ tần số lấy mẫu trong khi giữ cố định tần số lấy mẫu

Đồng bộ tần số

b Đồng bộ tần số sóng mang

Đồng bộ tần số sóng mang là vấn đề quyết định đối với hệ thống

thông tin đa sóng mang Nếu việc thực hiện đồng bộ không bảo đảm, các chỉ tiêu chất lượng cũng như các ưu điểm của hệ thống này so với hệ thống thông tin đơn sóng mang truyền thống bị

giảm đi đáng kể

Có hai nguyên nhân chính dẫn đễn việc mất đồng bộ sóng mang:

- Sự suy giảm biên độ sóng mang thu

- Lỗi tần số và thực hiện ước lượng tần số

Đồng bộ tần số

• Lỗi tần số

Sự suy giảm tỉ số tín trên tạp D(dB) đã được Pollet đánh giá và phân tích thông qua biểu thức sau

Trong đó: ΔF là độ lệch tần số

N: số sóng mạng con W: độ rộng băng tần

Để đảm bảo yêu cầu chất lượng của hệ thống, thì độ bất ổn định trong đồng bộ tần số sóng mang của hệ thống phải thấp hơn 2%

( )

0

2

10 ln 3

10

10 ln 3

10 )

(

N

E W

F

N f

dB









=

∆

• Mẫu tin dẫn đường chèn cùng với mẫu tin có ích cả ở miền tần số và miền thời gian

• Khoảng cách giữa 2 mẫu tin liên tiếp nhau phải tuân theo qui luật lấy mẫu

cả ở miền tần số và miền thời gian

• Ở miền tần số sự biến đổi của kênh vô tuyến phụ thuộc vào thời gian trễ

truyền dẫn lớn nhất của kênh

• R f là tỉ số lấy mẫu 1

ở miền tần số thì Rf = >= 1

D f f s

• Ở miền thời gian sự biến đổi của hàm truyền phụ thuộc vào tần số Doppler

• Rt là tỉ số lấy mẫu 1

ở miền thời gian thì Rt = >=1

• 2 f D,max Dt(Ts + T G )

Trong trường hợp các điều kiện không được thỏa mãn thì tín hiệu không thể khôi phục hoàn toàn ở máy thu

max

τ

Thực hiện ước lượng tần số

Đồng bộ tần số

Kết Luận

Công nghệ OFDM ngày nay được ứng dụng rất rộng rãi

trong các hệ thống viễn thông như: Hệ thống truyền hình

số DVBT, phát thanh số DAB hay truy cập Internet băng rộng ADSL Cùng với những công nghệ truyền tin khác, OFDM đang chứng tỏ những ưu điểm của mình trong

các hệ thống viễn thông trên thực tế đặc biệt là trong

phát thanh, truyền hình số và cả trong thông tin di động