Ứng dụng công nghệ ofdm trong truyền hình số mặt đất DVBT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH KHOA ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG =====  ===== ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Đề tài: ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ OFDM TRONG TRUYỀN HÌNH SỐ MẶT ĐẤT DVB-T Giảng viên hướng dẫn: ThS LÊ ĐÌNH CÔNG Sinh viên thực : PHẠM TRUNG KIÊN Lớp : 47K - DTVT Vinh, 5/2011 TÓM TẮT ĐỒ ÁN Nội dung đề tài: Ứng dụng công nghệ OFDM vào truyền hình số mặt đất DVB-T gồm chương: Chương 1: Tổng quan kỹ thuật OFDM Trong chương trình bày tổng quan hệ thống OFDM, phương thức điều chế sử dụng hệ thống OFDM, nhiễu ISI, ICI rõ ưu nhược điểm sử dụng hệ thống OFDM Chương 2: Các vấn đề kĩ thuật hệ thống OFDM Ở chương này, tìm hiểu nội dung vấn đề đồng hệ thống OFDM Khảo sát loại đồng ứng với lỗi Các kĩ thuật giảm tỷ số công suất đỉnh công suất trung bình (PAPR) hệ thống OFDM Chương 3: Ứng dụng OFDM truyền hình số mặt đất DVB_T Trong chương trình bày truyền hình số theo tiêu chuẩn DVB_T sử dụng kĩ thuật điều chế đa sóng mang trực giao OFDM MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU .1 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT OFDM 1.1 Giới thiệu chương 1.2 Khái niệm OFDM 1.3 So sánh OFDM FDM 1.4 Tính trực giao .7 1.5 Cấu trúc OFDM 1.6 Sơ đồ khối hệ thống OFDM 1.7 Đồng 15 1.8 Điều chế OFDM 19 1.9 Ưu nhược điểm hệ thống OFDM .22 1.10 OFDM hệ thống 23 1.11 Một số ứng dụng OFDM 24 1.12 Kết luận .25 CHƯƠNG 2: CÁC VẤN ĐỀ KỸ THUẬT TRONG OFDM 27 2.1 Giới thiệu chương .27 2.2 Kênh vô tuyến di động (mobile radio channel) 28 2.3 Suy hao đường truyền ( pass loss and attenuation) 28 2.4 Fading chậm(slow fading) va fading nhanh(past fading) .29 2.5 Fading lựa chọn tần số fading phẳng 30 2.6 Thông số tán xạ thời gian(time dispertin parameter) 33 2.7 Phổ Doppler (Doppler spectrum) 34 2.8 Trải phổ doppler thời gian kết hợp 36 2.9 Các mô hình kênh 38 2.10 Quan hệ tín hiệu phát, tín hiệu thu mô hình kênh 39 2.11 Tổng quan đồng hệ thống OFDM 41 2.12 Ước lượng 1D .45 2.13 Uớc lượng 2D .51 2.14 Ước lượng thích nghi 53 2.15 Nội suy 53 2.16 Các vấn đề đồng hệ thống OFDM 54 2.17 Tỷ số công suất đỉnh công suất trung bình (PAPR) 61 2.18 kết luận 62 CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG OFDM TRONG TRUYỀN HÌNH SỐ MẶT ĐẤT DVB-T 64 3.1 Giới thiệu chương .64 3.2 Tổng quan truyền hình số .65 3.2.1 Đặc điểm truyền hình số 66 3.2.2 Nguyên lý hoạt động hệ thống phát truyền hình .67 3.2.3 Ưu điểm truyền hình số .68 3.3 Mã hóa Video 69 3.3.1 Định nghĩa mã hóa 69 3.3.2 Các đặc tính mã hóa 70 3.3.3 Các mã sơ cấp .71 3.4 Các tiêu chuẩn nén 71 3.4.1 Khái quát tiêu chuẩn nén 71 3.4.2 Một số tiêu chuẩn MPEG-1 72 3.4.3 Nén Video theo MPEG-1 73 3.4.4 Nén Video theo MPEG-2 77 3.5 Tổng quan DVB-T 82 3.6 Tính trực giao sóng mang OFDM DVB-T .84 3.7 Biến đổi IFT điều chế tín hiệu DVB-T 85 3.8 Lựa chọn điều chế sở .86 3.9 Số lượng, vị trí nhiệm vụ sóng mang 87 3.10 Chèn khoảng thời gian bảo vệ 90 3.11 Tổng vận tốc dòng liệu máy phát số DVB-T 91 3.12 Kết luận .92 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Minh họa khác OFDM FDM Hình 1.2 Kỹ thuật đa sóng mang không chồng xung chồng xung Hình 1.3 Phổ OFDM FDM Hình 1.4 Cấu trúc tín hiệu OFDM Hình 1.5 Cấu trúc OFDM miền tần số .8 Hình 1.6 Cấu trúc kênh OFDM Hình 1.7 Cấu trúc lát OFDM Hình 1.8 Sơ đồ hệ thống OFDM Hình 1.9 Thêm khoảng bảo vệ vào tín hiệu OFDM 15 Hình 1.10 Ảnh hưởng lỗi tần số đến hệ thống 18 Hình 1.11 Biểu đồ không gian tín hiệu QPSK 20 Hình 1.12 Chùm tín hiệu M-QAM .21 Hình 2.1 Đáp ứng xung thu truyền xung RF 30 Hình 2.2 Minh họa Fading lựa chọn tần số 31 Hình 2.3 Hiệu ứng Doppler 34 Hình 2.4 Phổ công suất Doppler 36 Hình 2.5 Phân bố Rayleight 38 Hình 2.6 Mô hình kênh tuyến tính 39 Hình 2.7 Các trình đồng OFDM 41 Hình 2.8 Thực ước lượng LS 46 Hình 2.9 Thực thuật toán nội suy FIR .48 Hình 2.10 Thực ước lượng LMMSE 51 Hình 2.11 Thực ước lượng 2D đơn giản .52 Hình 2.12 Pilot gói OFDM 58 Hình 2.13 Một kiểu cấu trúc khung ký tự OFDM 60 Hình 2.14 Bộ đồng khung ký tự dùng FSC 61 Hình 3.1 Sơ đồ khối tổng quát nguyên lý hoạt động hệ thống phát truyền hình 68 Hình 3.2 Sơ đồ khối mã hóa MPEG-1 76 Hình 3.3 Sơ đồ khối giải mã MPEG-1 77 Hình 3.4 Sơ Hệ thống ghép kênh MPEG-2 79 Hình 3.5 Hệ thống cấu trúc lớp MPEG-2 .80 Hình 3.6 Cấu trúc PS 81 Hình 3.7 Sơ đồ khối điều chế số DVB-T .84 Hình 3.8 Sơ đồ khối phần biến đổi số sang tương tự 84 Hình 3.9 Phổ tín hiệu OFDM với số sóng mang N=16 phổ tín hiệu RF thực tế 85 Hình 3.10 Biểu diễn chòm điều chế QPSK 87 Hình 3.11 Biểu diễn chòm điều chế phân cấp .87 Hình 3.12 Phân bố sóng mang DVB-T (chưa chèn khoảng bảo vệ) 88 Hình 3.13 Phân bố Pilot DVB-T 89 Hình 3.14 Phân bố Pilot DVB-T biểu đò chòm .89 Hình 3.15 Phân bố sóng mang chèn thêm khoảng thời gian bảo vệ .90 Hình 3.16 Các tia sóng đến khoảng thời gian bảo vệ 91 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Các giá trị mã hóa 64 - QAM .10 Bảng 1.2 Thông số điều chế QPSK 18 Bảng 2.1 Giá trị độ trải trễ số môi trường tiêu biểu 37 Bảng 3.1 Khái quát tiêu chuẩn nén .73 Bảng 3.2 Mô tả thông số mode làm việc DVB_T 83 Bảng 3.3 Tổng vận tốc dòng liệu 92 CÁC TỪ VIẾT TẮT DAB Phát số quảng bá DVB Truyền hình số quảng bá DVB-T Truyền hình số quảng bá mặt đất ETSI Viện tiêu chuẩn viễn thông Châu Âu DFT Biến đổi Furrier rời rạc IDFT Biến đổi Furrier rời rạc ngược IFFT Biến đổi Furrier ngược nhanh MC Multi Carrier SC Single Carrier AM Điều chế biên độ FM Điều chế tần số FDM Ghép kênh phân chia theo tần số OFDM Ghép kênh phân chia tần số trực giao COFDM Ghép kênh phân chia tần số trực giao có mã sửa sai DSP Xử lý tín hiệu số PCM Điều chế xung mã PSK Dịch khoá pha QAM Điều chế biên độ cầu phương DQPSK QPSK sai biệt ICI Nhiễu xuyên kênh ISI Nhiễu xuyên ký tự A/D Analog/Digital D/A Digital/Analog BS Base Station MS Mobile Station CCITT International Telegraph and Telephone Consultative LPF Lowpass Filter ATM Phương thức truyền không đồng AIL Ghép xen thích ứng BER Tỷ lệ lỗi bit BRAN Mạng truy cập vô tuyến băng rộng CIF Common Interleaved Frames CU Đơn vị dung lượng FEC Sữa lỗi lũy tiến FIB Khối thông tin nhanh GPRS Gói dịch vụ vô tuyến phổ biến HDSL Đường dây thuê bao số tốc độ cao HDTV Truyền hình phân giải cao MPEG Moving Pictues Expert Group PAPR Tỷ số công suất đỉnh công suất trung bình RF Tần số vô tuyến SFN Mạng đơn tần VLSI Mạch tích hợp mật độ cực lớn QOS Quality of Service SI Side Information LỜI MỞ ĐẦU Trong năm gần đây, kỹ thuật thông tin vô tuyến có bước tiến triển vượt bậc Sự phát triển nhanh chóng video, thoại thông tin liệu Internet, điện thoại di động có mặt khắp nơi, nhu cầu truyền thông đa phương tiện di động ngày phát triển Việc nghiên cứu phát triển diễn toàn giới để đưa hệ hệ thống truyền thông đa phương tiện băng rộng không dây tạo nên “làng thông tin toàn cầu” Sự hoạt động hệ thống vô tuyến tiên tiến phụ thuôc nhiều vào đặc tính kênh thông tin vô tuyến như: fading lựa chọn tần số, độ rộng băng thông bị giới hạn, điều kiện đường truyền thay đổi cách nhanh chóng tác động qua lại tín hiệu Nếu sử dụng hệ thống đơn sóng mang truyền thống cho dịch vụ hệ thống thu phát có độ phức tạp cao nhiều so với việc sử dụng hệ thống đa sóng mang, ghép kênh phân chia theo tần số trực giao (OFDM) giải pháp quan tâm để giải vấn đề Cũng ưu điểm vượt trội hệ thống đa sóng mang môi trường đa đường, nên phạm vi nghiên cứu đề tài này, em ứng dụng kĩ thuật OFDM vào truyền hình số mặt đất DVB_T Tuy nhiên OFDM có bất lợi so với hệ thống đơn sóng mang như: nhạy với nhiễu pha tần số offset, tỷ số công suất đỉnh công suất trung bình cao giới hạn hiệu suất hoạt động khuếch đại RF vấn đề đồng phức tạp hệ thống đơn sóng mang Trong trình làm đề tài, em cố gắng nhiều song kiến thức hạn chế nên tránh khỏi thiếu sót Em mong nhận thông cảm, phê bình, hướng dẫn giúp đỡ tận tình Thầy Cô, bạn bè +Lớp nén: mô tả cũ pháp dòng Video Audio dựa cấu trúc dòng data Video Audio trình bày Các chuỗi Data hay Video, Audio độc lập mã hóa MPEG-2 để tạo dòng độc lập gọi dòng + Lớp hệ thống: định nghĩa tổ hợp dòng bít Audio Video riêng biệt thành dòng đơn để lưu trữ (dòng chương trình PS) hay truyền tải (dòng truyền tải TS) Hệ gồm thông tin đồng thời thông tin khác cần cho giải đa hợp Audio, Video để đồng Audio-Video phía giải mã Thông tin chuẩn đồng hệ thống nhãn thời gian trình diễn chèn vào dòng bít MPEG Chuẩn MPEG định nghĩa hệ thống ba dòng data có thứ bậc: dòng sơ cấp đóng gói, chương trình dòng truyền tải + Dòng sơ cấp đóng gói PES: qua đóng gói, dòng sơ cấp chia thành gói có độ dài tùy ý Nội dung gói có nguồn gốc từ hay nhiều dòng sơ cấp, dòng Audio hay Video mã hóa MPEG-2 byte SC SC SI SL BS Phần payload ES – lớn (8 Kbyte – 8byte) SC SC SI PL Mã bắt đầu Nhận dạng dòng Độ dài gói Kích cỡ đếm Hình 3.6 Cấu trúc PS PL BS BS + Dòng chương trình: Các gói PES có nguồn gốc từ hay nhiều dòng sơ cấp dùng chung gốc thời gian dòng Audio, Data, ghép thành dòng chương trình PS lô có tính lặp lại Trong phần header lô, SRC đảm bảo gói Audio Video định thời Đó tín hiệu thời gian thực báo thời gian truyền lô Các lô PS có độ dài tùy ý Số lượng trình tự gói lô không định nghĩa, gói gửi theo trình tự thời gian Một PS mang tới 32 dòng Audio, 16 dòng Video, tất có chung gốc thời gian PS nhạy với lỗi dùng ghi hình đa phương tiện phân phối nội bộ, ứng dụng có sai số truyền bỏ qua + Dòng truyền tải TS: tạo thành từ tổ hợp hay nhiều dòng PS có gốc thời gian độc lập hay từ tổ hợp PES Tuy nhiên, PS không TS, TS không chứa tất thông tin bán ảnh chương trình Khi trich PS từ TS phải thu vài thông tin gói PES có nguồn gốc từ hay nhiều dòng sơ cấp ES dùng chung gốc thời gian hay gốc thời gian khác dòng Audio, Video Data phép ghép thành dòng tải TS gồm gói truyền tải kích cỡ nhỏ mang tính lặp lại Một hay nhiều PS có clock chuẩn khác ghép thành TS qua chuyển đổi gói PES 3.5 Tổng quan DVB_T Việc phát triển tiêu chuẩn DVB khởi đầu vào năm 1993 tiêu chuẩn DVB_T tiêu chuẩn hoá vào năm 1997 Viện tiêu chuẩn truyền thông châu Âu (ESTI: European Telecommunication Standards Institute) Hiện tiêu chuẩn nước châu âu nhiều nước khác giới thừa nhận Năm 2001 đài truyền hình Việt Nam định chọn làm tiêu chuẩn để phát sóng cho truyền hình mặt đất năm tới DVB sơ đồ truyền dựa tiêu chuẩn MPEG-2, phương pháp phân phối từ điểm tới nhiều điểm video audio số chất lượng cao có nén Nó thay có tăng cường tiêu chuẩn truyền hình quảng bá tương DVB cung cấp phương thức truyền dẫn linh hoạt để phối hợp video, audio dịch vụ liệu Trong truyền hình số mặt đất sử dụng phương pháp điều chế đơn sóng mang multipath làm ảnh hưởng nghiêm trọng đến tiêu kĩ thuật truyền sóng mang đơn tốc độ cao lý OFDM sử dụng cho tiêu chuẩn truyền hình mặt đất DVB_T DVB_T cho phép hai mode truyền phụ thuộc vào số sóng mang sử dụng Bảng 3.2 Mô tả thông số mode làm việc DVB_T Tham số Số lượng sóng mang Độ rộng symbol có ích(TU) Mode 2K 1705 224 µs Mode 8K 6817 896 µs Khoảng cách sóng mang (1/TU) 4464hz 1116Hz Băng thông 7.61Mhz 7.61Mhz Khoảng bảo vệ ∆ T/4, T/8, T/12 T/4, T/8 Phương thức điều chế QPSK,16-64QAM QPSK,16-64QAM Kiểu 2K phù hợp cho hoạt động truyền đơn lẻ cho mạng SFN loại nhỏ có khoảng cách truyền giới hạn Nó sử dụng 1705 sóng mang Kiểu 8K sử dụng cho hoạt động truyền đơn lẻ cho mạng SFN loại nhỏ lớn Nó sử dụng 6817 sóng mang để giảm nhỏ ảnh hưởng không phẳng kênh dùng nhiều sóng mang tốt Tuy nhiên số sóng mang nhiều, mạch phức tạp hơn, giai đoạn đầu công nghệ chế tạo chip chưa hoàn thiện chip điều chế đắt người ta thường dùng mode 2k công nghệ chế tạo chip đơn giãn rẽ Về cấu trúc máy phát số DVB-T máy phát hình tương tự giống điểm khác biệt phần điều chế Hình 3.7 biểu diễn sơ đồ khối điều chế DVB-T [6] Proramme MUX Bộ mã hoá Video Bộ mã hoá Audio Transport MUX Bộ mã hoá số liệu n MPEG-2 Phân tán lượng Thích ứng khung IFFT Ghép xen Mã Chèn bảo vệ Mã Định vị xen Lọc FIR IF RF đại BPF Hình 3.7 Sơ đồ khối điều chế số DVB-T Tất đài phát mạng phát xạ DVB_T thông qua hệ thống định vị toàn cầu GPS (Global Positioning System) khoá tần số xác làm cho tất máy phát sử dụng tần số phát thời gian Nguyên lý hệ thống trình bày hình 3.8 Tín hiệu từ vệ tinh A V A V Máy thu vệ tinh số Bô trộn nhiều đường Máy thu vệ tinh số Bộ điều chế số Bộ mã hoá MPEG-2 Bộ biến tần lên Bộ mã hoá MPEG-2 VHF UHF Hình 3.8 Sơ đồ khối phần biến đổi số sang tương tự 3.6 Tính trực giao sóng mang OFDM DVB_T Việc sử dụng số lượng lớn sóng mang tưởng chừng triển vọng thực tế không chắn, có nhiều điều chế giải điều chế lọc kèm theo, đồng thời phải cần dải thông lớn để chứa sóng mang Nhưng vấn đề giải sóng mang đảm bảo điều kiện đặt đặn cách khoảng fU=1/TU, với TU khoảng symbol hữu dụng, điều kiện trực giao sóng mang hệ thống ghép kênh phân chia tần số trực giao, hình 3.9 biểu diễn hình ảnh phổ tín hiệu 16 sóng mang trực giao dải thông kênh truyền dẫn phổ tín hiệu RF máy phát số DVB_T có dải thông 8MHz [6] Các thành phổ máy phát số DVB_T(gồm hàng nghàn sóng mang con) chiếm hết dải thông 8MHz Hình 3.9 Phổ tín hiệu OFDM với số sóng mang N=16 phổ tín hiệu RF thực tế 3.7 Biến đổi IFFT điều chế tín hiệu DVB-T Như trình bày chương trước, chất trình tạo tín hiệu OFDM phân tích chuỗi bit đầu vào thành sóng mang điều chế theo kiểu miền thời gian liên tục Tuỳ thuộc vào kiểu điều chế tổ hợp bit chuỗi bit đầu vào gán cho tần số sóng mang, sóng mang tải số lượng bit cố định Nhờ định vị (Mapper) điều chế M-QAM, sóng mang sau điều chế QAM số phức xếp vào biểu đồ chòm theo quy luật mã Gray trục Re (thực) Im(ảo) Vị trí điểm tín hiệu (số phức) biểu đồ chòm phản ánh thông tin biên độ pha sóng mang Quá trình biến đổi IFFT biến đổi số phức biểu diễn sóng mang miền tần số thành số phức biểu diễn sóng mang miền thời gian rời rạc (Hình 3.9 cho ta thấy phổ symbol OFDM ) Trong thực tế thành phần Re Im biểu diễn chuỗi nhị phân điều chế IQ sử dụng để điều chế sóng mang biểu diễn chuỗi nhị phân Chuỗi nhị phân sau điều chế IQ biến đổi D/A để nhận tín hiệu băng tần Quá trình xử lý phía thu DVB-T thực biển đổi FFT để tạo điểm điều chế phức sóng mang phụ symbol OFDM, sau giải định vị (Demapping) xác định biểu đồ bit tương ứng tổ hợp bit cộng lại để khôi phục dòng liệu truyền 3.8 Lựa chọn điều chế sở Tại symbol, sóng mang điều chế số phức lấy từ tập chòm Tuỳ thuộc vào kiểu điều chế sở chọn QPSK, 16QAM hay 64QAM sóng mang vận chuyển số bit liệu 2, bit Tuy nhiên với công suất phát cố định, có nhiều bit liệu symbol điểm chòm gần khả chống lỗi bị giảm Do cần có cân đối tốc độ mức độ lỗi [6] Với mô hình điều chế không phân cấp luồng số liệu đầu vào tách thành nhóm có số bit phụ thuộc vào kiểu điều chế sở Mỗi nhóm bit mang thông tin pha biên độ sóng mang tương ứng với điểm biểu đồ chòm Hình 3.10 biểu diễn chòm điều chế QPSK(4 QAM), 16-QAM 64-QAM không phân cấp Trong mô hình điều chế phân cấp, hai luồng số liệu độc lập truyền thời điểm Luồng liệu có mức ưu tiên cao(HP) điều chế QPSK luồng có mức ưu tiên thấp điều chế 16-QAM 64-QAM Hình 3.10 Biểu diễn chòm điều chế QPSK, 16-QAM 64-QAM 1000 1010 1001 1011 -6 0010 0000 0011 0001 -4 1101 1111 1100 1110 -4 -6 0111 0101 0110 0100 Hình 3.11 Biểu diễn chòm điều chế phân cấp 16-QAM với α = 3.9 Số lượng, vị trí nhiệm vụ sóng mang Tín hiệu truyền tổ chức thành khung (Frame) Cứ khung liên tiếp tạo thành siêu khung Lý việc tạo khung để phục vụ tổ chức mang thông tin tham số bên phát (bằng sóng mang báo hiệu tham số bên phát-Transmission Parameter Signalling - TPS carriers) Lý việc hình thành siêu khung để chèn vừa đủ số nguyên lần gói mã sửa sai Reed-Solomon 204 byte dòng truyền tải MPEG-2 cho dù ta chọn cấu hình tham số phát, điều tránh việc phải chèn thêm gói đệm không cần thiết Mỗi khung chứa 68 symbol OFDM miền thời gian (được đánh dấu từ đến 67) Mỗi symbol chứa hàng ngàn sóng mang (6817 sóng mang với chế độ 8K, 1705 sóng mang với chế độ 2K) nằm dày đặc dải thông MHz (Việt Nam chọn dải thông 8MHz, có nước chọn 7MHz) Hình 3.12 biểu diễn phân bố sóng mang DVB-T theo thời gian tần số [6] Hình 3.12 Phân bố sóng mang DVB-T (chưa chèn khoảng bảo vệ) Như symbol OFDM chứa: - Các sóng mang liệu (video, audio, ) điều chế M-QAM Số lượng sóng mang liệu có 6048 với 8K, 1512 với 2K - Các pilot (sóng mang) liên tục: bao gồm 177 pilot với 8K, 45 pilot với 2K Các pilot có vị trí cố định dải tần 8MHz cố định biểu đồ chòm để đầu thu sửa lỗi tần số, tự động điều chỉnh tần số (AFC) sửa lỗi pha - Các pilot (sóng mang) rời rạc (phân tán): bao gồm 524 pilot với 8K, 131 pilot với 2K có vị trí cố định biểu đồ chòm Chúng vị trí cố định miền tần số, trải dải thông 8MHz Bên máy thu nhận thông tin từ pilot tự động điều chỉnh để đạt "đáp ứng kênh" tốt thực việc hiệu chỉnh (nếu cần) - Khác với sóng mang chương trình, pilot không điều chế QAM, mà điều chế BPSK với mức công suất lớn 2,5dB so với sóng mang khác Hình 3.13 biểu diễn phân bố sóng mang pilot rời rạc liên tục với mức công suất lớn sóng mang liệu 2,5 dB Hình 3.13 Phân bố pilot DVB-T - Các sóng mang thông số phát TPS (Transmission Parameter Signalling) chứa nhóm thông số phát điều chế BPSK biểu đồ chòm sao, chúng nằm trục thực Sóng mang TPS bao gồm 68 sóng mang chế độ 8K 17 sóng mang chế độ 2K Các sóng mang TPS có vị trí cố định biểu đồ chòm sao, mà hoàn toàn cố định vị trí xác định dải tần 8MHz Hình 3.14 biểu diễn vị trí pilot sóng mang TPS điều chế BPSK Hình 3.14.Phân bố pilot DVB-T biểu đồ chòm 3.10 Chèn khoảng thời gian bảo vệ Trong thực tế khoảng tổ hợp thu trải dài theo symbol nhiễu symbol (ISI) mà nhiễu tương hỗ sóng mang (ICI) Để tránh điều người ta chèn thêm khoảng bảo vệ (Guard Interval duration) Tg trước symbol để đảm bảo thông tin đến từ symbol xuất cố định Hình 3.15 Phân bố sóng mang chèn thêm khoảng thời gian bảo vệ Mỗi khoảng symbol kéo dài thêm vượt khoảng tổ hợp máy thu Tu Như đoạn thêm vào phần đầu symbol để tạo nên khoảng bảo vệ giống với đoạn có độ dài cuối symbol Miễn trễ không vượt đoạn bảo vệ, tất thành phần tín hiệu khoảng tổ hợp đến từ symbol tiêu chuẩn trực giao thoả mãn ICI ISI xảy trễ vượt khoảng bảo vệ Độ dài khoảng bảo vệ lựa chọn cho phù hợp với mức độ thu đa đường(multi path) máy thu Việc chèn khoảng thời gian bảo vệ thực phía phát Khoảng thời gian bảo vệ Tg có giá trị khác theo quy định DVB-T [1]: 1/4Tu, 1/8Tu, 1/16Tu 1/32Tu Khi chênh lệch thời gian tia sóng đến đầu thu không vượt khoảng thời gian bảo vệ Tg, máy thu hoàn toàn khắc phục tốt tượng phản xạ (xem hình 3.16) Thực chất, khoảng thời gian bảo vệ Tg khoảng thời gian trống không mang thông tin hữu ích Vì vậy, chế độ phát, Tg lớn, thông tin hữu ích ít, số lượng chương trình giảm Nhưng Tg lớn khả khắc phục tia sóng phản xạ từ xa đến hiệu Với sử dụng kỹ thuật ghép đa tần trực giao với thông số khoảng thời gian bảo vệ tạo tiền đề cho việc thiết lập mạng đơn tần DVB-T Các máy phát thuộc mạng đơn tần phát kênh sóng, thuận lợi cho quy hoạch tiết kiệm tài nguyên tần số Hình 3.16 Các tia sóng đến khoảng thời gian bảo vệ 3.11 Tổng vận tốc dòng liệu máy phát số DVB-T Thông thường, thông tin kênh cao tần 8MHz máy phát DVB-T phụ thuộc vào tổng vận tốc dòng liệu mà có khả truyền tải thấy tham số phát kiểu điều chế (modulation), tỷ lệ mã sửa sai (code rate) khoảng thời gian bảo vệ (Guard interval) định khả Bảng 3.3 thống kê tổng vận tốc dòng liệu máy phát DVB-T truyền tải từ 4,98 Mbit/s đến 31,67 Mbit/s kênh cao tần 8MHz với nhóm thông số phát khác nhau[6] Bảng 3.3 Tổng vận tốc dòng liệu Kiểu điều chế Khoảng thời gian bảo vệ Tỉ lệ mã 1/2 QPS 1/4 4,98 1/8 5,53 1/16 5,85 1/32 6,03 2/3 3/4 5/6 6,64 7,46 8,29 7,37 8,29 9,22 7,81 8,78 9,76 8,04 9,05 10,05 7/8 1/2 8,71 9,95 9,68 11,06 10,25 11,71 10,56 12,06 2/3 3/4 13,27 14,93 14,75 16,59 15,61 17,56 16,09 18,10 5/6 7/8 1/2 16,59 17,42 14,93 18,43 19,35 16,59 19,52 20,49 17,56 20,11 21,11 18,10 2/3 3/4 5/6 19,91 22,39 24,88 22,12 24,88 27,65 23,43 26,35 29,27 24,13 27,14 30,16 7/8 26,13 30,74 31,67 K 16-QAM 64_QA M 29,03 3.12 Kết luận Hệ thống DVB-T sử dụng kỹ thuật OFDM, thông tin cần phát phân chia vào lượng lớn sóng mang Các sóng mang chồng lên miền thời gian tần số mã hoá riêng biệt, giao thoa ảnh hưởng đến vài sóng mang tối thiểu hoá âm nhiễu Như xét chương trước, ta thấy việc ứng dụng OFDM có hiệu lớn truyền hình số mặt đất (DVB-T), nhờ khả chống lại nhiễu ISI,ICI gây hiệu ứng đa đường KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI Kỹ thuật ghép kênh phân chia theo tần số trực giao-OFDM kỹ thuật đại cho truyền thông tương lai Đây kỹ thuật mẻ, việc nghiên cứu ứng dụng OFDM giai đoạn khẩn trương Trong đó, vấn đề kỹ thuật đối tượng quan tâm nghiên cứu nhiều Đồ án tốt nghiệp tìm hiểu số vấn đề kỹ thuật hệ thống OFDM, là: Ước lượng kênh, đồng ứng dụng kỹ thuật OFDM truyền dẫn tín hiệu DVB-T Vì khả chống hiệu ứng đa đường động tốt hệ thống OFDM tạo cho ngành truyền hình có hai khả mà truyền hình tương tự truyền hình số tuân theo tiêu chuẩn đạt là: • khả thu di động dịch vụ truyền hình quảng bá • khả tạo nên mạng đơn tần phạm vi rộng • Đối với hệ thống truyền hình tương tự hệ thống thông tin, máy phát cạnh dùng chung tần số vấn đề vô khó khăn hệ thống cần có quy hoạch tần số cẩn thận phương án tái sử dụng tần số Mạng đơn tần SFN mạng gồm nhiều máy phát động tần số phát nội dung Mỗi máy phát mạng SFN tuân theo quy tắc sau: • Phát tần số • Phát lúc • Phát liệu Như điểm thu biên vùng phủ sóng thu nhiều tín hiệu từ trạm phát khác thu coi tín hiệu trễ nhân tạo Vậy mạng SFN khả thi OFDM giaỉ vấn đề thu nhiều đường Ứng dụng SNF tạo bước đột phá công nghệ phát sóng truyền hình, phạm vi lớn khai mạng dày đặc máy phát hoạt động tần số, tài nguyên tần số băng tần UHF/VHF ngày hạn hẹp triển khai SNF mang lại lợi ích vô lớn Từ việc tìm hiểu các kĩ thuật hệ thống OFDM trình bày chương trước tiếp tục nghiên cứu ứng dụng OFDM mà nghiên cứu ứng dụng lĩnh vực thông tin vô tuyến Công nghệ lựa chọn kết hợp phương pháp điều chế cổ điển phương pháp đa truy cập vô tuyến, ứng dụng OFDM dành cho mạch vòng vô tuyến nội hạt, LAN vô tuyến, dịch vụ truyền thông cá nhân tế bào Các hệ thống đa truy cập cá nhân tế bào dựa OFDM OFDM-TDMA MC-TDMA xem xét hệ hệ thống vô tuyến nhiều người sử dụng Mặc dù em cố gắng kiến thức có hạn nên đề tài tránh khỏi sai sót, mong qua đề tài em có kinh nghiệm hữu ích cho sau Một lần em xin chân thành cảm ơn đến Thầy giáo Lê Đình Công tất Thầy, Cô khoa Điện Tử Viễn Thông giúp em hoàn thành đề tài [...]... quảng bá truyền hình số mặt đất chất lượng cao(HDTV) Trong chương này sẽ lần lượt trình bày về các khái niệm cơ bản trong OFDM, sự khác nhau giữa OFDM và FDM, tính trực giao, cấu trúc OFDM, sơ đồ khối hệ thống OFDM, vấn đề đồng bộ trong OFDM, ưu nhược điểm của hệ thống OFDM, kỹ thuật điều chế sử dụng trong OFDM Phần còn lại của chương sẽ trình bày các bước thiết kế hệ thống OFDM 1.2 Khái niệm OFDM Kỹ... (Very-high-bit-rate Digital Subscriber Line) sau đó OFDM được ứng dụng rộng rãi trong phát thanh số DAB và truyền hình số DVB Những năm gần đây OFDM đã sử dụng trong các chuẩn truyền dẫn mạng vô tuyến 802.11 và 802.16 của IEEE và tiếp tục được nghiên cứu ứng dụng trong chuẩn đi động 4G OFDM đang chứng tỏ những ưu điểm của mình trong các hệ thống viễn thông trên thực tế, đặc biệt là trong các hệ thông vô tuyến đòi hỏi... thuật OFDM đã có thể dễ dàng hiện thực với chi phí rẻ và được ứng dụng rộng rãi nhờ vào sự phát triển của phép biến đổi Fourier nhanh FFT và IFFT Cũng giống như kỹ thuật CDMA, kỹ thuật OFDM được ứng dụng đầu tiên trong lĩnh vực thông tin quân sự Đến những năm 1980 kỹ thuật OFDM được nghiên cứu nhằm ứng dụng trong modem tốc độ cao và trong truyền thông di động Kể từ năm 1990, OFDM được ứng dụng trong truyền. .. tích phân trong khoang thời gian T sẽ có kết quả bằng không 1.5 Cấu trúc OFDM Cấu trúc miền tần số OFDM gồm 3 loại sóng mang con : - Sóng mang con dữ liệu cho truyền dữ liệu - Sóng mang con dẫn đường cho mục đích ước lượng và đồng bộ - Sóng mang con vô dụng (null) không để truyền dẫn, được sử dụng cho các băng bảo vệ và các sóng mang DC Hình 1.5 Cấu trúc OFDM trong miền tần số Trong một hệ thống OFDM, ... với số trạm gốc giảm đi Với tính ưu việt của nó, kĩ thuật OFDM đang được các hãng viễn thông trên thế giới ứng dụng rất hiệu quả vào một số sản phẩm nhằm đáp ứng các yêu cầu từ đơn giản đến chuyên dụng như kết nối mạng Lan, camera giám sát, hệ thống hội nghị truyền hình số (DVB) hay kĩ thuật truy cập WiFi và Wimax Các sản phẩm này được thiết kế đặc biệt cho các ứng dụng điểm-điểm, điểm-đa điểm trong. .. tần số Trong một hệ thống OFDM, tài nguyên sẵn có trong miền thời gian chính là các symbol OFDM và trong miền tần số chính là các sóng mang con Các tài nguyên này được tổ chức thành các kênh con (sub-channel) cấp phát cho người dùng Hình 1.6 Cấu trúc kênh con OFDM Hình 1.7 Cấu trúc lát OFDM Cấu trúc kênh con OFDM được phát hoạ ở hình (1.6) Trong kí tự OFDM thứ 1 và thứ 3, những sóng mang con bên ngoài... có thể ước lượng đáp ứng kênh tại những tần số này bằng việc so sánh với những sóng mang dẫn đường tham chiếu đã biết trước Đáp ứng tần số của hai sóng mang bên trong có thể được ước lượng bằng phép nội suy tuyến tính trong miền tần số Để tính toán đáp ứng tần số của những sóng mang liên kết với kí tự OFDM thứ hai, ta có thể nội suy trong miền thời gian từ sự ước lượng cho kí tự OFDM thứ 1 và thứ 3... trực giao) Hình 1.10 Ảnh hưởng của lỗi tần số (∆F) đến hệ thống : suy giảm biên độ tín hiệu (o) và bị tác động nhiễu ICI (●) Ước lượng tần số Tương tự như kỹ thuật đồng bộ ký tự, để thực hiện đồng bộ tần số, có thể sử dụng tín hiệu pilot hoặc sử dụng tiền tố lặp Trong kỹ thuật sử dụng tín hiệu pilot, một số sóng mang được sử dụng để truyền những tín hiệu pilot (thường là các chuỗi giả nhiễu) Sử dụng những... chắn Sự kết hợp công nghệ modem OFDM và điều chế thích nghi linh hoạt chỉ có trong thị trường công nghệ truy cập vô tuyến băng rộng và là các yếu tố chính tạo nên tính năng nổi trội trong các sản phẩm viễn thông 1.12 Kết luận Với việc giới thiệu về nguyên lý và các đặc tính cơ bản của OFDM trong chương này, chúng ta thấy rằng OFDM thực sự là một phương thức điều chế thuận lợi cho các ứng dụng không dây... hóa kênh và sắp xếp (Coding & Mapping) trong hệ thống OFDM 1.6.2.1 Mã hóa kênh Trong hệ thống thông tin số nói chung, mã hóa sửa sai theo phương pháp FEC (Forward Error Correcting) được sử dụng để nâng cao chất lượng thông tin, cụ thể là đảm bảo tỷ số lỗi trong giới hạn cho phép , điều này càng thể hiện rõ ở kênh truyền bị tác động của AWGN Trong OFDM, theo một số khuyến nghị, người ta còn kết hợp mã ... tài: Ứng dụng công nghệ OFDM vào truyền hình số mặt đất DVB-T gồm chương: Chương 1: Tổng quan kỹ thuật OFDM Trong chương trình bày tổng quan hệ thống OFDM, phương thức điều chế sử dụng hệ thống OFDM, ... số công suất đỉnh công suất trung bình (PAPR) hệ thống OFDM Chương 3: Ứng dụng OFDM truyền hình số mặt đất DVB_T Trong chương trình bày truyền hình số theo tiêu chuẩn DVB_T sử dụng kĩ thuật điều... Line) sau OFDM ứng dụng rộng rãi phát số DAB truyền hình số DVB Những năm gần OFDM sử dụng chuẩn truyền dẫn mạng vô tuyến 802.11 802.16 IEEE tiếp tục nghiên cứu ứng dụng chuẩn động 4G OFDM chứng tỏ