Cơ sở thực tiễnCDMA SDMA Song các hệ thống sử dụng công nghệ OFDM hiện nay như: DAB, DVB, HDTV, HiperLAN…đều không sử dụng cơ chế thích ứng, do đó chưa tối ưu hiệu năng cũng như chưa đ
Trang 3A Nội dung
Trang 4 Đặc điểm của truyền dẫn vô tuyến là tài nguyên hạn chế, chất lượng phụ thuộc nhiều vào môi trường: địa hình, thời tiết… dẫn đến làm hạn chế triển khai đáp ứng nhu cầu cho xã hội của các nhà công nghiệp và dịch vụ viễn thông.
Trang 5C Cơ sở thực tiễn
CDMA SDMA
Song các hệ thống sử dụng công nghệ OFDM hiện nay như: DAB, DVB, HDTV, HiperLAN…đều không
sử dụng cơ chế thích ứng, do đó chưa tối ưu hiệu năng cũng như chưa đối phó hiệu quả đối với những ảnh hưởng bất lợi của kênh truyền vô tuyến di động
Trên cơ sở như vậy đồ án đã chọn chủ đề nghiên
cứu giải pháp điều chế thích ứng tín hiệu số trong hệ thống truyền dẫn số nhằm đạt hiệu suất sử dụng
băng tần cao Từ đó xây dựng chương trình mô
phỏng, cụ thể là: “ Mô phỏng truyền dẫn OFDM thích ứng trong thông tin vô tuyến”
Trang 6 Hạn chế của các kỹ thuật hiện hành
Các kỹ thuật trải phổ có khả năng chống lại pha đinh
và nhiễu, song tồn tại những yêu cầu không thể thực hiện được chẳng hạn: Nếu người dùng cần có tốc độ
20 Mb/s ở giao diện vô tuyến và hệ số trải phổ là 128 (giá trị điển hình hiện nay), dẫn đến phải xử lý tốc độ 2,56 Gb/s theo thời gian thực, vì thế cần có độ rộng băng tần lớn không thực tế
Các kỹ thuật đơn sóng mang đối phó kém hiệu quả đối với pha đinh và truyền lan đa đường, đặc biệt trong trường hợp tốc độ bit cao
I Giới thiệu
Trang 7I Giới thiệu…
Truyền thông đa phương tiện không những yêu cầu băng thông rộng mà còn QoS cao
Làm thế nào truyền dữ liệu tốc độ cao qua giao diện
vô tuyến mà vẫn đảm bảo QoS Tuy đã có các biện pháp như cân bằng thích ứng song gặp trở ngại về thời gian thực ở tốc độ cao vài Mb/s với chi phí thấp
Cần tìm kỹ thuật điều chế có khả năng dung hòa các yêu cầu đối ngược nhau theo cách tốt nhất có thể
Trang 8I Giới thiệu…
OFDM là giải pháp phân tập tần số
OFDM đạt hiệu suất sử dụng băng tần cao
OFDM cho phép giảm ảnh hưởng của trễ đa đường
và và kênh pha đinh lựa chọn tần số
Do trải rộng pha đinh lên nhiều ký hiệu, nên làm ngẫu nhiên hóa lỗi cụm
Tính khả thi của OFDM cao do ứng dụng triệt để
công nghệ xử lý tín hiệu số và công nghệ vi mạch
VLSI
Trang 11II Đặc tính kênh vô tuyến di động
khoảng cách, giá trị suy hao điển hình trong khoảng
50 – 150 dB tùy vào khoảng cách Suy hao gây pha đinh phạm vi rộng
phát và máy thu
khác) xuất hiện trong tín hiệu và làm giảm chất lượng việc tách tín hiệu
và nhiễu xạ làm méo tín hiệu thu bằng cách trải rộng
nó theo thời gian Phụ thuộc vào băng tần hệ thống, làm thay đổi cường độ tín hiệu, có thể gây ISI
Trang 12II Đặc tính kênh vô tuyến di động…
tần số hoặc dùng các tần số lân cận với nó có thể gây giao thoa với các ký hiệu mong muốn
cường trong khi đó các tần số khác bị suy hao
nó có thể thay đổi từ các đường truyền thẳng đến
các đường bị che chắn nghiêm trọng đối với các giá trị khác nhau
Trang 13II Đặc tính kênh vô tuyến di động…
Hình (a) Hình (b) Hình (c)
Trang 14II Đặc tính kênh vô tuyến di động
Miền không gian Miền tần số Miền thời gian Thông số d;
Thăng giáng ngẫu nhiên
BD;
Nhược điểm Chọn lọc không gian Chọn lọc tần số Chọn lọc thời gian
Mục đích Lợi dụng đa đường Pha đinh phẳng Pha đinh chậm
; B
1 T
Trang 15II Đặc tính kênh vô tuyến di động…
Hình 2.7 Phổ tín hiệu OFDM truyền qua mô hình kênh pha đinh Rice, với
số sóng mang = 100, kích thước FFT = 256,
Trang 17III Nguyên lý hoạt động của OFDM
Phân chia toàn bộ băng thông cần truyền vào nhiều sóng mang con và truyền đồng thời trên các sóng mang này
Luồng số tốc độ cao được chia thành nhiều luồng tốc
độ thấp hơn Vì thế có thể giảm ảnh hưởng của trễ
đa đường và chuyển đổi kênh pha đinh chọn lọc tần
số thành kênh pha đinh phẳng
Trang 18III Nguyên lý hoạt động của OFDM
OFDM truyền dẫn song song đồng thời nhiều băng con chồng lấn nhau trên cùng một độ rộng băng tần cấp phát của hệ thống
Làm thế nào để tách các băng con từ băng tổng chồng lấn hay nói cách khác chúng không giao thoa trong miền tần số và miền thời gian
Vấn đề mấu chốt của truyền dẫn OFDM là nhờ tính trực giao của các sóng mang con
Trang 19III Nguyên lý hoạt động của OFDM…
Nếu ký hiệu các sóng mang con được dùng trong hệ thống OFDM là si(t) và sj(t) Để đảm bảo tính trực giao cho OFDM, các hàm sin của các sóng mang con phải thỏa mãn:
1 t T
t
* j i
N ,
2 , 1 k
, ft k
2 j
exp t
Trang 20III Nguyên lý hoạt động của OFDM…
Hình 3.2 Hình dạng phổ của tín hiệu OFDM băng tần cơ sở 5 sóng mang, hiệu quả phổ tần của OFDM so với FDM, [sim_ofdm_mc.m]
Trang 21III Nguyên lý hoạt động của OFDM…
Hình 3.3 Phổ tổng hợp của tín hiệu OFDM trong băng tần cơ sở với 5
sóng mang con, [plot_ofdm_mc.m]
Trang 22III Nguyên lý hoạt động của OFDM…
Tín hiệu OFDM phát phức băng tần gốc được xác định như sau:
s t
NÕu 0,
T T
kT t
T T
kT
kT
t T
i j2π exp
x kT
t w
kt t
1 2 N N/2
k i,
k
T là độ dài ký hiệu OFDM
TFFT là thời gian FFT, phần hiệu dụng của ký hiệu OFDM
TG là thời gian bảo vệ, thời gian của tiền tố chu trình
Twin là thời gian mở cửa tiền tố và hậu tố để tạo dạng phổ
f = 1/TFFT là phân cách tần số giữa hai sóng mang
N là độ dài FFT, số điểm FFT
k là chỉ số về ký hiệu được truyền
Trang 23III Nguyên lý hoạt động của OFDM…
Tín hiệu đầu ra của bộ điều chế RF được xác định như sau:
NÕu ,
0
T T
kT t
T T
kT
, kT
t T
1 f
2 j exp x
kT t
w Re kT
t
1 2 / N
2 / N
c k
Trang 24III Nguyên lý hoạt động của OFDM…
Trang 25III Nguyên lý hoạt động của OFDM…
Trang 26III Nguyên lý hoạt động của OFDM…
Trang 27III Nguyên lý hoạt động của OFDM…
Hình 3.27 Phổ tín hiệu OFDM 52 sóng mang không dùng bộ lọc (a) và
Hình 3.26 Phổ của tín hiệu OFDM 52 sóng mang (a) và 1536 sóng
mang con (b), không dùng bộ lọc, [sim_ofdm_spectrum.m]
Trang 28III Nguyên lý hoạt động của OFDM…
Các nhân tố ảnh hưởng của kênh pha đinh lên hiệu năng hệ thống truyền dẫn OFDM và các giải pháp khắc phục
Nguyên nhân: Do tính chọn lọc, tính phụ thuộc thời gian và tính bất ổn định của kênh pha đinh gây ra giao thoa giữa các ký hiệu (ISI) truyền qua nó
Hậu quả: Máy thu quyết định ký hiệu sai, khó khăn trong việc khôi phục định thời
Giải pháp: Chèn khoảng thời gian bảo vệ
Trang 29III Nguyên lý hoạt động của OFDM…
Hình 3.16 Hiệu quả của khoảng bảo vệ để loại bỏ ISI
Trang 30III Nguyên lý hoạt động của OFDM…
Nguyên nhân: Do tính chọn lọc tần số của kênh pha đinh (chủ yếu là hiện tượng dịch Doppler)
Hậu quả: Máy thu không phân biệt được ranh giới giữa các ký hiệu truyền trên các sóng mang con
(quyết định sai ký hiệu mất tính trực giao)
Giải pháp: Chèn khoảng thời gian bảo vệ một cách tuần hoàn, dùng bộ cân bằng PSAM
Trang 31III Nguyên lý hoạt động của OFDM…
Hình 3.17 Nhiễu nền do ICI đối với số sóng mang con khác nhau,
Trang 32III Nguyên lý hoạt động của OFDM…
Hình 3.18 Ảnh hưởng của ICI tới tỷ số tín hiệu trên nhiễu, [sim_SNR_ici.m]
Trang 33III Nguyên lý hoạt động của OFDM…
Hình 3.19 Công suất ICI chuẩn hoá đối với tín hiệu OFDM N=102,
Trang 34III Nguyên lý hoạt động của OFDM…
là một phương pháp mà các điểm IQ cạnh nhau trong chòm sao sẽ chỉ khác nhau một bit Mã hoá Gray cho phép tối ưu tỷ số lỗi bit và giảm xác suất lỗi nhiều bit xuất hiện trong một ký hiệu đơn
Thường tiến hành mã hoá Gray khi điều chế
M-QAM hay M-PSK
Trang 35III Nguyên lý hoạt động của OFDM…
Hình 3.21 Sơ đồ IQ điều chế 16-QAM và 16-PSK sử dụng mã hoá Gray
Trang 36III Nguyên lý hoạt động của OFDM…
hiÖu ký
gian thêi
con mang sãng
sè hiÖu
ký con/
mang sãng
/sè bÝt sè
log R
T
f B
M log
R T
N M
log
R R
2 c
sym
FFT 2
c
sym
2 c
sym
sub 2
c b
Trang 38IV Điều chế OFDM thích ứng
Kênh vô tuyến thay đổi ngẫu nhiên theo thời gian, giới hạn hiệu năng và thông lượng truyền dẫn
Thích ứng động tham số điều chế ứng với các tham
số tức thời của kênh
Kênh tốt các giá trị này sẽ thay đổi các tham số điều chế sao cho thu được thông lượng hệ thống lớn
chế sao cho giảm thông lượng hệ thống để đảm bảo QoS
Hệ thống không dùng điều chế thích ứng, sử dụng các tham số điều chế cố định để đảm bảo QoS tại trạng thái tồi nhất của kênh và hệ thống sẽ có thông lượng như nhau tại mọi thời điểm
Trang 39IV Điều chế OFDM thích ứng…
Trang 40IV Điều chế OFDM thích ứng…
Trang 41IV Điều chế OFDM thích ứng…
Trang 42IV Điều chế OFDM thích ứng…
Xây dựng giải thuật điều chế thích ứng cho hệ thống truyền dẫn OFDM
Tối ưu hiệu năng hệ thống truyền tin (thông lượng, BER)
Thích ứng các thông số điều chế theo chất lượng kênh hiện thời
Dựa theo thông số điều chế được chọn thích ứng
Trang 43IV Điều chế OFDM thích ứng…
Trang 44IV Điều chế OFDM thích ứng…
Trang 45IV Điều chế OFDM thích ứng…
Trang 46IV Điều chế OFDM thích ứng…
Trang 47IV Điều chế OFDM thích ứng…
Trang 48IV Điều chế OFDM thích ứng…
Trang 49IV Điều chế OFDM thích ứng…
Trang 50IV Điều chế OFDM thích ứng…
Trang 52V Chương trình mô phỏng
Trang 53Thời gian ký hiệu hữu ích: TFFT TFFT = Nsub ×log2(M) ×T
Chiều dài ký hiệu OFDM : Tsym Tsym = TFFT + TG
Thời gian mô phỏng: Tsim Tsim = 0,064 s
Trang 54V Chương trình mô phỏng
Trang 55V Chương trình mô phỏng
Trang 56V Chương trình mô phỏng
Hình 6.7 Hình dạng hàm truyền đạt của kênh
Trang 57V Chương trình mô phỏng
Trang 58V Chương trình mô phỏng
Trang 59V Chương trình mô phỏng
Trang 60Kết quả mô phỏng không dùng cơ chế thích ứng
Trang 61Kết quả mô phỏng không dùng cơ chế thích ứng
Trang 62Kết quả mô phỏng không dùng cơ chế thích ứng
Trang 63Kết quả mô phỏng dùng cơ chế thích ứng mức điều chế
Trang 64Kết quả mô phỏng dùng cơ chế thích ứng mức điều chế
Trang 65Kết quả mô phỏng dùng cơ chế thích ứng mức điều chế
Trang 66Kết quả mô phỏng dùng cơ chế thích ứng chọn lọc sóng mang
Trang 67Kết quả mô phỏng dùng cơ chế thích ứng chọn lọc sóng mang
Trang 68Kết quả mô phỏng dùng cơ chế thích ứng chọn lọc sóng mang
Trang 69Kết quả mô phỏng kết hợp cơ chế thích ứng chọn lọc sóng
mang và mức điều chế
Trang 70Kết quả mô phỏng kết hợp cơ chế thích ứng chọn lọc sóng
mang và mức điều chế
Trang 71Kết quả mô phỏng kết hợp cơ chế thích ứng chọn lọc sóng
mang và mức điều chế
Trang 72Kết quả mô phỏng kết hợp cơ chế thích ứng chọn lọc sóng
mang và mức điều chế
Trang 74VI Đánh giá hiệu năng hệ thống OFDM thích ứng
Trang 75VI Đánh giá hiệu năng hệ thống OFDM thích ứng
Trang 76VI Đánh giá hiệu năng hệ thống OFDM thích ứng
Trang 77VI Đánh giá hiệu năng hệ thống OFDM thích ứng