Kỹ thuật ofdm và một vài ứng dụng trong thông tin vô tuyến luận văn tốt nghiệp đại học

MỤC LỤC Trang LỜI NÓI ĐẦU Chương : Ước tính chất lượng kênh cân kênh thông tin vô tuyến DANH MỤC HÌNH VẼ DANH MỤC BẢNG BIỂU Hình 1.2 Cấu trúc kênh OFDM 1.2 Những hạn chế kỹ thuật hành  Kỹ thuật đơn sóng mang 1.3 Ghép kênh phân chia theo tần số trực giao OFDM 1.4.2 Miền không gian 1.4.3 Miền tần số 1.4.3.1 Điều chế tần số 23 1.4.3.2 Chọn lọc tần số 23 1.5 Miền thời gian 1.5.1 Trễ trội trung bình quân phương 1.5.2 Trễ trội cực đại 1.5.3 Thời gian quán 1.6 Quan hệ thông số miền khác 1.6.1 Băng thông quán trải trễ trung bình quân phương 1.6.2 Thời gian quán trải Doppler 1.7 Các loại pha đinh phạm vi hẹp 1.8 Phân bố Rayleigh Rice 1.8.1 Phân bố pha đinh Rayleigh 1.8.2 Phân bố Pha đinh Rice Chương NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA OFDM 2.1 Mở đầu 2.2 Tính trực giao 2.3 Hệ thống truyền dẫn OFDM 3.3.1 Mô tả toán học tín hiệu OFDM 2.3.2 Sơ đồ hệ thống truyền dẫn OFDM 2.3.2.1 Tầng chuyển đổi nối tiếp sang song song 40 2.3.2.2 Tầng điều chế sóng mang 42 2.3.2.4 Tầng điều chế sóng mang RF 43 2.4 Các thông số đặc trưng dung lượng hệ thống truyền dẫn OFDM 2.4.1 Cấu trúc tín hiệu OFDM 2.4.2 Các thông số miền thời gian TD 2.4.4 Quan hệ thông số miền thời gian miền tần số 2.4.5 Dung lượng hệ thống OFDM 2.5 Các nhân tố ảnh hưởng kênh pha đinh lên hiệu hệ thống truyền dẫn OFDM giải pháp khắc phục 2.5.1 ISI giải khắc phục 2.5.2 Ảnh hưởng ICI giải pháp khắc phục 2.5.3.1 Phương pháp dùng lọc băng thông .59 Chương ƯỚC TÍNH CHẤT LƯỢNG KÊNH VÀ CÂN BẰNG KÊNH TRONG THÔNG TIN VÔ TUYẾN 4.1 Giới thiệu 4.2 Ước tính kênh PSAM 4.2.1 Nội suy Gauss 4.2.2 Nội suy FFT 4.2.3 Nội suy Wienner 4.3 Kỹ thuật cân đáp ứng kênh 4.4 Kết luận TÀI LIỆU THAM KHẢO LỜI NÓI ĐẦU Hiện nay, xã hội thông tin, bật thông tin vô tuyến đặc biệt thông tin di động tính linh hoạt, di động, tiện lợi Và nhu cầu sử dụng hệ thống thông tin di động ngày gia tăng điều đồng nghĩa với nhu cầu chiếm dụng tài nguyên vô tuyến ngày nhiều, hay nói cách khác tồn mâu thuẫn lớn nhu cầu chiếm dụng tài nguyên tài nguyên vốn có thông tin vô tuyến Nhưng đặc điểm truyền dẫn vô tuyến 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 xã hội nhà công nghiệp dịch vụ viễn thông Khi nói đến vấn đề tài nguyên vô tuyến, lịch sử phát triển cho thấy chúng giải giải pháp kỹ thuật, công nghệ như: FDMA, TDMA, SDMA, CDMA, kết hợp chúng tìm cách để khai thác triệt để tài nguyên dạng thời gian, tần số, không gian, mã Tuy nhiên chưa tìm thấy hệ thống di động trước phương pháp sử dụng tối ưu phổ tần, tài nguyên vô quan trọng thông tin vô tuyến Vì sử dụng hiệu phổ tần triệt hệ thống truyền thông vô tuyến quan trọng Trong bối cảnh OFDM xem giải pháp công nghệ khắc phục nhược điểm hiệu sử dụng phổ tần thấp hệ thống di động trước Chu kỳ tín hiệu lớn cho phép công nghệ OFDM truyền liệu tốc độ cao qua kênh vô tuyến Mặt khác OFDM sử dụng sóng mang trực giao để truyền liệu, điều tạo cho OFDM sử dụng băng tần kênh tối ưu Trên nét chuyên ngành Điện tử-Viễn thông mà thân quan tâm, lĩnh hội trình học tập trường Đại học Vinh Với kiến thức chuyên môn học hỏi với định hướng cô giáo Th.S Nguyễn Thị Minh, đồ án chọn chủ đề : "Kỹ thuật OFDM vài ứng dụng thông tin vô tuyến Theo đồ án tổ chức thành chương đây: Chương 1: Tổng quan OFDM Giới thiệu hệ thống di động hành, phân tích ưu nhược điểm chúng giải thích xu tất yếu sử dụng công nghệ OFDM Đề cập số khái niệm đặc trưng cho truyền lan sóng vô tuyến, phân tích ảnh hưởng thông số đặc trưng đường truyền vô tuyến, yêu cầu mô hình kênh, kênh phân loại chúng, thông số đặc trưng làm sở để xây dựng thuật toán thích ứng Chương 2: Nguyên lý hoạt động OFDM Trình bày nguyên lý chung OFDM, trình bày mô hình hệ thống OFDM, phân tích thông số đặc trưng OFDM, phân tích nhân tố ảnh hưởng kênh pha đinh lên hiệu hệ thống truyền dẫn OFDM giải pháp khắc phục Trình bày khả tiết kiệm phổ tần lọc băng thông Chương 3: Ứng dụng OFDM truyền hình số mặt đất DVB - T Thấy rõ, để tối ưu máy thu cần phải xác định chất lượng kênh Từ xây dựng giải pháp đối phó phù hợp chẳng hạn lọc thích ứng Theo chương trình bầy số phương pháp đối phó với bất lợi kênh truyền vô tuyến di động sử dụng cân bằng: ZF, LMSE, đồng thời phân tích vai trò việc ước tính kênh xác Qua đó, đưa giải pháp ước tính kênh PSAM Chương : Ước tính chất lượng kênh cân kênh thông tin vô tuyến Ước tính cân kênh kỹ thuật vô quan trọng hệ thống truyền dẫn vô tuyến trước Thực ước tính kênh xác xác định trạng thái kênh thời điều định thành công giải pháp cân kênh công nghệ điều chế thích ứng Trong chương trình bày phương pháp ước tính kênh PSAM giải thuật ước tính kênh FFT, nội suy Gauss nội suy Wienner đồng thời giới thiệu cân bằng: cân cưỡng '0' Cuối em xin chân thành cảm ơn Thầy, Cô khoa ĐTVT dạy bảo em nhiệt tình suốt trình học tập, đặc biệt Cô giáo Th.S Nguyễn Thị Minh hướng dẫn bảo cho em để em hoàn thành đồ án Vinh, tháng 5/2011 Sinh viên Trần văn Hùng DANH MỤC HÌNH VẼ Trang Hình 1.1 Cấu trúc OFDM miền tần số 16 Hình 1.2 Cấu trúc kênh OFDM 17 Hình 1.3 Tính chất kênh miền không gian, miền tần số miền thời gian 21 Hình 1.4 Phân bố xác suất Rayleigh không gian 30 Hình 1.5 Phân bố xác suất Gauss hai biến 31 Hình 1.6 Phân bố xác suất Rice với giá trị K khác 32 Hình 2.1 Dạng sóng tín hiệu OFDM miền thời gian tần số 37 Hình 2.2 Hình dạng phổ tín hiệu OFDM băng tần sở sóng mang, hiệu phổ tần OFDM so với FDM 37 Hình 2.3 Phổ tổng hợp tín hiệu OFDM băng tần sở với sóng mang 38 Hình 2.4 Sơ đồ khối hệ thống truyền dẫn OFDM 41 Hình 2.5 Tín hiệu phát 16-QAM sử dụng mã hoá Gray, tín hiệu16QAM truyền qua kênh vô tuyến, SNR = 18 ®Æc biÖt 42 Hình 2.6 Tầng IFFT, tạo tín hiệu OFDM 42 Hình 2.7 Điều chế cao tần tín hiệu OFDM băng tần sở phức sử dụng kỹ thuật tương tự 43 Hình 2.8 Điều chế cao tần tín hiệu OFDM băng tần sở phức sử dụng kỹ thuật số 44 Hình 2.9 Dạng sóng tín hiệu OFDM miền thời gian 44 Hình2.10 Tín hiệu OFDM dịch DC, W băng tần tín hiệu, foff tần số dịch từ DC, fc tần số trung tâm (sóng mang) 45 Hình 2.11 Cấu trúc tín hiệu OFDM 47 Hình 2.12 Độ rộng băng tần hệ thống độ rộng băng tần sóng mang 51 Hình 2.13 Chèn thời gian bảo vệ cho ký hiệu OFDM 52 Hình 2.14 Cấu trúc tín hiệu OFDM miền thời gian 53 Hình 2.15 Hiệu khoảng bảo vệ chống lại ISI 54 Hình 2.16 Hiệu khoảng bảo vệ để loại bỏ ISI 55 Hình 2.17 Nhiễu ICI số sóng mang khác 56 Hình 2.18 Ảnh hưởng ICI tới tỷ số tín hiệu nhiễu 57 Hình 2.19 Công suất ICI chuẩn hoá tín hiệu OFDM 59 Hình 2.20 Đặc tuyến lọc dùng cửa sổ Kaiser 60 Hình 2.21 Phổ tín hiệu OFDM 52 sóng mang (a) 1536 sóng mang (b), không dùng lọc 60 Hình 2.22 Phổ tín hiệu OFDM 52 sóng mang không dùng lọc (a) dùng lọc với cửa sổ Kaiser với β = 10 (b) 61 Hình 4.1 khuân dạng khung truyền dẫn OFDM có gắn kí hiệu hoa tiêu 71 DANH MỤC BẢNG BIỂU Trang Bảng 1.1 Các loại pha đinh phạm vi hẹp .27 Bảng 1.2 Các đặc tính kênh ba miền 33 Bảng 2.1 Mối quan hệ tham số OFDM .48 Bảng 3.1.Mô tả thông số mode làm việc DVB_T 66 THUẬT NGỮ VIẾT TẮT Viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt AC Alternating Current Dòng xoay chiều (tần số khác ‘0’) AM Thích ứng lược đồ đa truy nhập BER Adapting Multi-access scheam Adaptive Orthogonal Frequency Division MultiAccess Additive White Gaussian Noise Bit Error Rate BPS Bit per symbol Số bit ký hiệu CCI Co-channel interference Nhiễu đồng kênh CF Crest Factor Tham số Crest CINR Carrier to interference plus Tỷ số sóng mang nhiễu tạp âm Noise ratio Channel impulse response Đáp ứng xung kim kênh AOFDM AWGN CIR Đa truy nhập phân chia theo tần số trực giao thích ứng Tạp âm Gauss trắng cộng Tỷ số bit lỗi COFDM Coding Orthogonal Frequency Divistion Multiplex Mã hoá ghép kênh phân chia theo tần số trực giao DAB Hệ thống phát số DAC Digital Audio Broadcast system Digital Analog Converter DC Direct Current Dòng chiều (tần số ‘0’) DFT Discreat Fourier Transformation Direct Digital Synthesis Biến đổi Fourier rời rạc Phản hồi định DMT Decision Feed back Equalizer Discete Multi-Tone DSP Digital Signal Process Xử lý tín hiệu số DS Delay Spread Trải trễ DVB Digital Video Broadcast Truyền hình số FEC Forward Error Correction Sửa lỗi trước FFT Fast Fourier Transformation Biến đổi Fourier nhanh DDS DFE Bộ chuyển đổi số sang tương tự Đồng số trực tiếp Đa tần rời rạc 10 Tại symbol, sóng mang điều chế số phức lấy từ tập chòm Tuỳ thuộc vào kiểu điều chế sở chọn bit Tuy nhiên với công suất phát cố định, có nhiều bit liệu symbol QPSK, 16QAM hay 64QAM sóng mang vận chuyển số bit liệu 2, symbol điểm chòm gần khả chống lỗi bị giảm Do cần có cân đối tốc độ mức độ lỗi [4] 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 tín hiệu 3.6 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 chếđộ 8K, 1705 sóngmang với chếđộ 2K) nằm dàyđặc dải thông MHz (ViệtNam chọn dảithông 8MHz, có nước chọn 7MHz) Như symbol OFDM chứa: - Các sóng mang liệu (video, audio, ) điều chế M-QAM Số lượngcác 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 68 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 2,5 dB so với sóng mang khác - 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 biểu diễn vị trí pilot sóng mang TPS điều chế BPSK 3.7 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 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 chuNn trực giao thoả mãn ICI ISI xảy trễ vượt khoảng bảo vệ 69 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 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 3.8 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 4.1 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 [4] 3.9 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 70 nhiễu ISI,ICI gây hiệu ứng đa đường Vì vậy, kĩ thuật OFDM khắc phục số nhược điểm quan trọng cho phép tiết kiệm băng thông đường truyền 71 Chương ƯỚC TÍNH CHẤT LƯỢNG KÊNH VÀ CÂN BẰNG KÊNH TRONG THÔNG TIN VÔ TUYẾN 4.1 Giới thiệu Thích ứng thông số điều chế miền thời gian M-QAM thông số OFDM theo thông số kênh pha đinh để có hiệu QoS (BER) thông lượng truyền dẫn cao Thì trước hết ta phải biết thông số đặc trưng kênh liên quan đến hiệu hệ thống Vì cần phải có giải pháp ước tính chất lượng kênh, thông số ước tính làm sở cho thích ứng Theo chương đồ án đề cập số phương pháp ước tính chất lượng kênh cân kênh 4.2 Ước tính kênh PSAM Trong phần đề cập kỹ thuật ước tính kênh dựa phương pháp chèn thêm ký hiệu hoa tiêu phía phát Phương pháp gọi PSAM (Pilot Symbol Assited Modulation) Trong PSAM, ký hiệu hoa tiêu biết trước ghép xen với liệu phát miền thời gian Cấu trúc khung liệu có chèn ký hiệu hoa tiêu cho hình 4.1 Hai tham số quan trọng ảnh hưởng tới kỹ thuật ước tính kênh trải trễ trải Doppler Hình 4.1 Khuân dạng khung truyền dẫn OFDM có gắn ký hiệu hoa tiêu Các ký hiệu hoa tiêu định kỳ chèn vào chuỗi thông tin trước tạo dạng xung Mục đích ký hiệu hoa tiêu máy thu ước tính giá 72 trị kênh thời điểm truyền ký hiệu Với giá trị ký hiệu hoa tiêu thu phía thu sử dụng phương pháp nội suy thích hợp xác định giá trị kênh thời Áp dụng định lý lấy mẫu Nyquist, ta quan hệ yêu cầu tần số Doppler fd chu kỳ ký hiệu độ dài khung N (khoảng cách ký hiệu hoa tiêu) f d Ts ≤ 2N (4.1) Tín hiệu x(t) truyền qua kênh có đáp ứng xung kim h(t) tín hiệu đầu kênh là: r ( t ) = x ( t ) ∗ c( t ) + n ( t ) (4.2) Trong c( t ) đáp ứng kênh bị méo pha đinh, n(t) tạp âm Gaussian trắng cộng có trung bình 0, dấu ∗ biểu thị tích chập Các đại lượng thực phức tính chất sơ đồ điều chế Có nhiều phương pháp nội suy giá trị kênh, nhiên đồ án giới thiệu ba loại là: nội suy Gauss, nội suy Wienner, nội suy FFT 4.2.1 Nội suy Gauss Nội suy Gauss phương pháp nội suy đơn giản Thay đổi pha đinh  ước tính t =  k +  m TF , giá trị kênh nội suy thời điểm N xác định sau:  m  m Cˆ  k + TF  = ∑ Q k   C[ ( k + i ) TF ] N   i = −1  N   (4.3) Trong TF thời gian khung; m = 0, 1, 2, ( N − 1) , N độ dài khung Các thừa số trọng số cho nội suy Gauss bậc hai xác định sau: 73 m   m   m  Q −1   =   −  N   N   N  m m Q0   = −   N N (4.4) (4.5) 4.2.2 Nội suy FFT Giải thuật FFT thực cách nhận N điểm số liệu đầu vào chuyển đổi chúng sang miền tần số cách dùng FFT (biến đổi Fourier nhanh) Số liệu ước tính đầu vào ước tính kênh FFT tỷ số ký hiệu hoa tiêu thu ký hiệu hoa tiêu biết trước Hệ số cho ta đo méo mà ký hiệu hoa tiêu gặp phải pha đinh phẳng Tập hệ số tạo nên vector đầu vào FFT Sau ta thực FFT vector G( n ) = N p −1  l =0  πnl  , n = 0, 1, , N p −  p  ∑ g( l) exp − j N (4.6) Trong 2Np số kỳ hiệu hoa tiêu dùng để ước tính kênh, g(l) vector mẫu kênh nhận từ phép chia ký hiệu hoa tiêu nhận cho ký hiệu hoa tiêu biết trước Quá trình cho ta vector mẫu kênh miền tần số Để thu giá trị kênh ước tính miền thời gian ta thực biến đổi IFFT (biến đổi Fourier ngược nhanh) Tuy nhiên làm tạo hiệu ứng biên đường bao kênh làm giá trị kênh ước tính không xác Sở dĩ có điều kích cỡ khối sử dụng FFT có hạn, điều tạo thành phần dò Để tránh hiệu ứng ta cần đảm bảo độ rộng khoảng thời gian g(l) bội số nguyên lần 1/fd Do để tạo tính xác cho ước tính phải tiến hành chèn miền tần số, sau cắt bỏ phần miền thời gian Vậy giá trị G(n) sau chèn là: 74  NG ( m )  ≤ m ≤ Np −1   G ′( m ) = 0 N p ≤ m ≤ N p ( N − 1) −     NG ( m − N p ( N − 1) ) N p ( N − 1) ≤ m ≤ N p N − 1 (4.7) (4.7) Trong N hệ số chèn, G ′( m ) coi tuần hoàn, nghĩa là: G ′( m + NN p r ) = G ′( m ) , r = 0, ± 1, ± 2,  (4.8) N Np hàm mũ để sử dụng FFT IFFT Nếu phương trình (4.1) thoả mãn G(n) có tất thành phần kênh pha đinh n = Np G ′( m ) = Từ nội suy từ 2N p ký hiệu cách chèn ‘0’ thành 2NNp ký hiệu [5] Sau biến đổi IFFT cho mẫu kênh miền tần số để chuyển chúng sang miền thời gian Quá trình thực sau: c( k ) = NN p NN p −1  2πmk  , k = 0, 1,  , NN p −  p   ∑ G ′( n ) exp j NN n =0 (4.9) 4.2.3 Nội suy Wienner Giả sử r(iN) vectơ cột hình thành từ ký hiệu hoa tiêu thu chia cho ký hiệu hoa tiêu biết trước Vectơ cho ta méo ước tính ký hiệu hoa tiêu máy thu Để đánh giá hệ số méo ký hiệu số liệu, ta tính vectơ hệ số h(k) thỏa mãn phương trình Wienner-Hopf Rh(k) = w(k) (4.10) Trong w(k) R hàm tự tương quan ước tính tín hiệu thu hàm tương quan tín hiệu thu số liệu tính sau:  q   w i ( k ) = γn ( N − l )   R c ( ( i − k ) NT ) + δ ik q + l 75 (4.11) Trong q tỷ số công suất hoa tiêu công suất số liệu, γ tỷ số lượng bit công suất tạp âm, 1 0 δik =  ÷ ÷ 0 1÷   (4.12) 4.3 Kỹ thuật cân đáp ứng kênh Trong hệ thống truyền dẫn vô tuyến số biên độ pha tín hiệu bị méo đặc tính phân tán kênh Tính chất gây ISI cho ký hiệu thu, nhiên khôi phục tín hiệu chúng bị méo tuyến tính cách dùng cân Có nhiều kỹ thuật cân khác như: ZF (cưỡng ‘0’), LMSE (trung bình lỗi bình phương tuyến tính), DFE (phản hồi định 4.3.1 Bộ cân cưỡng không Bộ cân ZF thiết kế tối ưu cách sử dụng tiêu chuẩn cưỡng không (ZF), tức buộc tất đóng góp xung kim phía phát, kênh cân thời điểm truyền dẫn nT ( n ≠ ), T khoảng thời gian truyền dẫn Nhờ tính chất mà ZF đảm bảo ISI xấp xỉ Trong miền tần số ZF miêu tả quan hệ: H ( f ) C( f ) = (4.13) Hay C( f ) = H( f ) (4.14) Vì cân trở thành lọc FIR (đáp ứng xung kim hữu hạn) Phân tích lọc dựa nghiên cứu MSE cho bởi: [ E e( k ) ] = E[ sˆ( s) − s( k ) ] e( k ) = sˆ( s ) − s( k ) 76 (4.15) (4.16) Trong E[ ( ⋅) ] giá trị lấy kỳ vọng (.) e đại diện cho giá trị lỗi tín hiệu phía thu Mặt khác: sˆ( k ) = s( k ) ∗ h ( k ) ∗ c( k ) + n ( k ) ∗ c( k ) (4.17) Trong miền tần số là: Sˆ( f ) = S( f ) H( f ) C( f ) + N( f ) C( f ) (4.18) Thay (4.19) vào (4.24) ta được: N( f ) Sˆ( f ) − S( f ) = N( f ) C( f ) = = E( f ) H( f ) (4.19) Trong E(f) biến đổi Fourier e(k) E(f) mật độ công suất tín hiệu lỗi, sử dụng định lý Parseval ta có sai lỗi trung bình bình phương miền thời gian là: 2T 2T [ ] = T ∫ E( f ) df = T ∫ Ee 2 − 2T − 2T N( f ) df H( f ) (4.20) Ưu điểm cân ZF bù đáp ứng kênh vị ví đáp ứng kênh bị suy giảm, nhiên tín hiệu tạp âm tăng cường giảm hiệu cân MSE đầu cân gồm có nhiễu hoàn toàn loại bỏ ảnh hưởng ISI Vì mà MSE đầu cân dùng để đo mức tạp âm gây cân Một vấn đề đáp ứng kênh có điểm ‘0’ MSE vô cùng, làm cho cân không tin cậy Để khắc phục hạn chế dùng kỹ thuật cân LMSE [5] 4.4 Kết luận Ước tính cân kênh kỹ thuật vô quan trọng hệ thống truyền dẫn vô tuyến trước Thực ước tính kênh xác xác định trạng thái kênh thời điều định thành công giải pháp cân kênh công nghệ điều chế thích 77 ứng Kỹ thuật cân kênh giúp hạn chế ảnh hưởng kênh pha đinh lựa chọn tần số, hiệu ứng đa đường kênh vô tuyến, điều nguyên nhân hạn chế tốc độ hiệu truyền dẫn Trong chương trình bày phương pháp ước tính kênh PSAM giải thuật ước tính kênh FFT, nội suy Gauss nội suy Wienner đồng thời giới thiệu cân bằng: cân cưỡng '0' Tuy nhiên OFDM công nghệ cho phép hạn chế ảnh hưởng bất lợi kênh Giảm tốc độ ký hiệu phát (cho phép hạn chế ảnh hưởng kênh pha đinh lựa chọn tần số, chuyển ảnh hưởng kênh pha đinh lựa chọn tần số thành kênh pha đinh phẳng), thêm khoảng thời gian bảo vệ (cho phép giảm thiểu tác động hiệu ứng đa đường, giảm ISI) Chính điều mà kỹ thuật ước tính cân kênh thực hệ thống truyền dẫn OFDM đơn giản hệ thống truyền dẫn thông thường nhiều 78 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 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 nghành truyền hình có hai khả mà truyền hình tương tự truyền hình số tuân theo tiêu chuẩn đạt :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 : 79 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 giải 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 trên, 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 đồ án tránh khỏi sai sót , mong qua đồ án em có kinh nghiệm hữu ích cho sau Một lần em xin chân thành cảm ơn đến tất Thầy, Cô đặc biệt Cô giáo Th.S Nguyễn Thị Minh giúp em hoàn thành đồ án 80 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Th.s Nguyễn Ngọc Tiến,” Một số vấn đề kỹ thuật OFDM”, Tạp chí Bưu Chính Viễn Thông & Công Nghệ Thông Tin , Kỳ 1(10/2003) [2] TS Nguyễn Phạm Anh Dũng, “Thông tin di động hệ thứ 3”, Nxb Bưu điện 2002 [3] TS Nguyễn Phạm Anh Dũng, “Lý thuyết trải phổ ứng dụng”, Nxb Bưu điện 2001 [4] T.S Phạm Đắc Bi, K.S Lê Trọng Bằng , K.S Đỗ Anh Tú, ”Các đặc điểm máy phát số DVB-T”, Tạp chí Bưu Chính Viễn Thông & Công Nghệ Thông Tin, (8/2004) [5] Phan Hương, “Công nghệ OFDM truyền dẫn vô tuyến băng rộng điểm-đa điểm tốc độ cao (54Mbit/s)”, Tạp chí Bưu Chính Viễn Thông & Công Nghệ Thông Tin (13/03/2006) - ETS 300 744, “Digital broadcasting systems for television, sound and data services; framing structure, channel coding, and modulation for digital terrestrial television”, European Telecommunication Standard, Doc.300 744 - Anibal Luis Intini, “ Orthogonal Frequency Division Multiplexing for Wirelss 81 Networks “ , University of California Santa Barbara – December, 2000 82 [...]... Đặc tính kênh vô tuyến di động 1.4.1 Mở đầu Trong thông tin vô tuyến di động, các đặc tính kênh vô tuyến di đông có tầm quan trọng rất lớn, vì chúng ảnh hưởng trực tiếp lên chất lượng truyền dẫn và dung lượng Trong các hệ thống vô tuyến thông thường (không phải các hệ thống vô tuyến thích ứng) , các tính chất thống kê dài hạn của kênh được đo và đánh giá trước khi thiết kế hệ thống Nhưng trong các hệ... điều chế và thời gian lấy mẫu để giữ cho chất lượng cuộc gọi giữa hai kênh con là chấp nhận được Weinstein và Ebert áp dụng kỹ thuật biến đổi Fourier rời rạc (DFT) trong quá trình điều chế và giải điều chế ở các hệ thống truyền dữ liệu song song 13 Vào những năm 80, OFDM được nghiên cứu sử dụng trong các modem tốc độ cao, trong di động số và ghi âm mật độ cao Một trong những hệ thống sử dụng một tần... 16 Hình 1.2: Cấu trúc kênh con OFDM Hình 1.2 Cấu trúc kênh con OFDM 1.2 Những hạn chế của kỹ thuật hiện hành  Kỹ thuật đơn sóng mang Các kỹ thuật trải phổ được sử dụng trong các hệ thống thông tin di động thế hệ ba có khả năng chống lại pha đinh và nhiễu, song tồn tại những yêu cầu không thực hiện được chẳng hạn: nếu người dùng cần có tốc độ 20 Mbps ở giao diện vô tuyến và hệ số trải phổ là 128 (giá... di động và tính tiện dụng mà các hệ thống truyền thông vô tuyến đã mang lại hiệu quả cao trong việc sử dụng, khai thác trao đổi thông tin cho người dùng Vì thế nhu cầu sử dụng, chiếm dụng tài nguyên vô tuyến ngày càng gia tăng nhanh chóng, yêu cầu ngày càng nhiều các nhà khai thác, công nghiệp viễn thông tập trung khai thác thế mạnh này ở nhiều hình thức khác nhau Kết quả đã mang lại nguồn thu và kích... đường và tận dụng toàn bộ lượng băng thông Ứng dụng đầu tiên là trong quân sự, trong lĩnh vực viễn thông Thuật ngữ đa tần rời rạc (DMT – Discrete Multi-tone), điều chế đa kênh và điều chế đa sóng mang (MCM) được sử dụng rộng rãi và còn được gọi cách khác là OFDM Với số lượng lớn các kênh con tập các bộ sinh hàm sin, bộ giải điều chế tương ứng yêu cầu trong hệ thống song song là rất phức tạp và đắt tiền... các kênh vô tuyến là kênh vô tuyến thay đổi theo thời gian, nghĩa là pha đinh chọn lọc thời gian Có thể mô hình hóa kênh vô tuyến di động như là một bộ lọc tuyến tính có đáp ứng xung kim thay đổi theo thời gian Mô hình kênh truyền thống sử dụng mô hình đáp ứng xung kim, đây là một mô hình trong miền thời gian Có thể liên hệ quá trình thay đổi tín hiệu vô tuyến phạm vi hẹp trực tiếp với đáp ứng xung kim... 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 1.1 Cấu trúc OFDM trong miền 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... so với các kỹ thuật đã sử dụng trước đây, cho phép khắc phục những nhược điểm căn bản của kỹ thuật đơn sóng mang 17 1.3 Ghép kênh phân chia theo tần số trực giao OFDM Ghép kênh phân chia theo tần số trực giao (OFDM) là một kỹ thuật điều chế có thể thay thế cho CDMA OFDM có ưu điểm vượt trội so với những hệ thống CDMA và cung cấp phương pháp truy cập không dây cho hệ thống 4G Ý tưởng của OFDM là chia... chỉ ra các đặc tính kênh và các thông số của nó trong các miền không gian, tần số và thời gian Các đặc tính này không tồn tại độc lập nhau mà có quan hệ mật thiết giữa các miền xét Một số thông số trong miền này ảnh hưởng lên các đặc tính của miền khác 1.6.1 Băng thông nhất quán và trải trễ trung bình quân phương Thấy rõ, lý lịch trễ công suất và đáp ứng tần số biên của kênh vô tuyến di động quan hệ với... bầy kênh trong miền tần số bằng cách sử dụng các đặc tính đáp ứng tần số của nó Tương tự như các thông số trải trễ trong miền thời gian, ta có thể sử dụng băng thông nhất quán để đặc trưng kênh trong miền tần số Tuy trải trễ trung bình quân phương tỷ lệ nghịch với băng thông nhất quán và ngược lại, song quan hệ chính xác của chúng là một hàm phụ thuộc vào cấu trúc đa đường Nếu ký hiệu băng thông nhất ... 4.3 Kỹ thuật cân đáp ứng kênh 4.4 Kết luận TÀI LIỆU THAM KHẢO LỜI NÓI ĐẦU Hiện nay, xã hội thông tin, bật thông tin vô tuyến đặc biệt thông tin di động... trước phương pháp sử dụng tối ưu phổ tần, tài nguyên vô quan trọng thông tin vô tuyến Vì sử dụng hiệu phổ tần triệt hệ thống truyền thông vô tuyến quan trọng Trong bối cảnh OFDM xem giải pháp công... giáo Th.S Nguyễn Thị Minh, đồ án chọn chủ đề : "Kỹ thuật OFDM vài ứng dụng thông tin vô tuyến Theo đồ án tổ chức thành chương đây: Chương 1: Tổng quan OFDM Giới thiệu hệ thống di động hành, phân