Công nghệ OFDM và ứng dụng trong hệ thống thông tin di động

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LÊ THỊ MAI LAN Lê Thị Mai Lan KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG CÔNG NGHỆ OFDM VÀ ỨNG DỤNG TRONG HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG 2009-2011 Hà Nội – 2012 -1- MỤC LỤC MỤC LỤC 1  DANH MỤC HÌNH VẼ 4  DANH MỤC BẢNG 6  DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT 7  LỜI NÓI ĐẦU 11  CHƯƠNG 1:  KHÁI QUÁT CHUNG VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN VÔ TUYẾN 13  1.1  Các khái niệm thông tin vô tuyến 13  1.1.1  Khái niệm thông tin vô tuyến 13  1.1.2  Khái niệm kênh truyền 14  1.1.3  Khái niệm truyền dẫn băng tần sở truyền dẫn băng thông 14  1.1.4  Khái niệm sóng mang 14  1.1.5  Phân loại hệ thống thông tin vô tuyến 14  1.2  Kênh vô tuyến 15  1.2.1  Đặc điểm kênh vô tuyến 15  1.2.2  Các tượng ảnh hưởng đến chất lượng kênh truyền 16  1.3  Kết luận chương CHƯƠNG 2:  25  TỔNG QUAN CHUNG VỀ CÔNG NGHỆ OFDM 26  2.1  Lịch sử phát triển công nghệ OFDM 26  2.2  Khái niệm OFDM 27  2.2.1  Khái niệm 27  2.2.2  Đặc điểm 29  2.3  Cấu trúc hệ thống OFDM 30  2.3.1  Khối biến đổi nối tiếp sang song song 31  2.3.2  Khối điều chế 31  2.3.3  Khối biến đổi Fourier ngược 31  2.3.4  Khối chèn khoảng bảo vệ 31      -2- 2.3.5  Khối kênh truyền dẫn vô tuyến 32  2.3.6  Máy thu 32  2.4  Ưu nhược điểm OFDM 32  2.5  Kết luận chương 34  CHƯƠNG 3:  NGUYÊN LÝ XỬ LÝ TÍN HIỆU CỦA KỸ THUẬT OFDM 35  3.1  Nguyên lý hoạt động kỹ thuật OFDM 35  3.2  Khái niệm toán học 36  3.3  Nguyên lý điều chế tín hiệu OFDM 38  3.3.1  Sự trực giao hai tín hiệu 38  3.3.2  Sơ đồ điều chế tín hiệu OFDM 39  3.3.3  Thực điều chế thuật toán IFFT 40  3.3.4  Chuỗi bảo vệ hệ thống OFDM 41  3.3.5  Phép nhân với xung sở 43  3.4  Nguyên lý giải điều chế tín hiệu OFDM 44  3.4.1  Kênh truyền dẫn phân tập đa đường 44  3.4.2  Sơ đồ giải điều chế tín hiệu OFDM 45  3.4.3  Giải điều chế thông qua phép biến đổi nhanh FFT 48  3.5  Một số vấn đề liên quan đến OFDM 3.5.1  Tính toán dung lượng kênh truyền hệ thống OFDM 49  49  3.5.2  Nhiễu giao thoa ký tự ISI sóng mang ICI ảnh hưởng đến hệ thống OFDM 51  3.5.3  Ảnh hưởng số lượng sóng mang khoảng thời gian bảo vệ 55  3.5.4  Cửa sổ công suất 56  3.5.5  Tỷ số công suất đỉnh công suất trung bình PAPR 57  3.6  Kết luận chương CHƯƠNG 4:  58  ĐỒNG BỘ TRONG HỆ THỐNG OFDM 60  4.1  Sự đồng hệ thống OFDM 60  4.1.1  Nhận biết khung 61  4.1.2  Ước lượng khoảng dịch tần số 63      -3- 4.1.3  Bám đuổi lỗi thặng dư FOE 66  4.2  Các phương pháp đồng OFDM 69  4.2.1  Đồng ký tự OFDM 69  4.2.2  Đồng tần số hệ thống OFDM 76  4.3  Ảnh hưởng lỗi đồng tới hiệu suất hệ thống OFDM 79  4.3.1  Ảnh hưởng lỗi đồng thời gian 80  4.3.2  Ảnh hưởng lỗi đồng tần số 81  4.4  Kết luận chương CHƯƠNG 5:  82  ỨNG DỤNG OFDM TRONG HỆ THỐNG VIỄN THÔNG 83  5.1  Ứng dụng OFDM thông tin di động 83  5.1.1  Các công nghệ đa truy cập 83  5.1.2  Sự kết hợp OFDM CDMA: Kỹ thuật MC-CDMA 85  5.2  Ứng dụng OFDM thông tin vô tuyến 95  5.2.1  Phát quảng bá số (DAB) 95  5.2.2  Hệ thống truyền hình số mặt đất (DVB) 97  5.2.3  Wireless LAN 98  5.3  Triển khai kỹ thuật OFDM Việt Nam 100  5.4  Các hướng phát triển tương lai 100  KẾT LUẬN 102  TÀI LIỆU THAM KHẢO 104      -4- DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1-1: Mô hình hệ thống thông tin 13  Hình 1-2: Hiệu ứng đa đường 17  Hình 1-3: Mật đổ phổ tín hiệu thu 19  Hình 1-4: Đáp ứng xung thu truyền xung RF 22  Hình 1-5: Minh họa fading lựa chọn tần số 23  Hình 2-1: So sánh FDMA OFDM .28  Hình 2-2: Tín hiệu phổ OFDM 29  Hình 2-3: Cấu trúc hệ thống OFDM 30  Hình 3-1: Kỹ thuật đa sóng mang không chồng xung chồng xung 35  Hình 3-2: Tích hai vector vuông góc 38  Hình 3-3: Sơ đồ điều chế tín hiệu OFDM 39  Hình 3-4: Chuỗi bảo vệ GI 41  Hình 3-5: Mô tả tác dụng chuỗi bảo vệ chống nhiễu ISI 42  Hình 3-6: Xung sở 43  Hình 3-7: Mô hình kênh truyền .44  Hình 3-8: Bộ thu tín hiệu OFDM .45  Hình 3-9: Mô tả tách chuỗi bảo vệ giải điều chế tín hiệu OFDM 46  Hình 3-10: Mô tả truyền tín hiệu đa đường tới máy thu 52  Hình 3-11: Chèn khoảng bảo vệ vào tín hiệu OFDM 53  Hình 3-12: Phổ bốn sóng mang trực giao 54  Hình 3-13: Phổ bốn sóng mang không trực giao .55  Hình 4-1: Quá trình đồng hệ thống OFDM .60  Hình 4-2: Xác suất nhận biết mát sai số mức ngưỡng PAPR khác 62  Hình 4-3: Độ lệch chuẩn ước lượng phần thập phân CFO giá trị SNR khác 65  Hình 4-4: Bám đuổi pha DPLL 68  Hình 4-5: Pilot gói OFDM 70      -5- Hình 4-6: Một kiểu cấu trúc khung symbol OFDM 71  Hình 4-7: Đồng khung ký tự dùng FSC 73  Hình 4-8: Ngưỡng tối ưu Th1 với giá trị SNR 74  Hình 4-9: CP symbol OFDM 77  Hình 4-10: Tín hiệu OFDM .79  Hình 4-11: SNR hiệu dụng tín hiệu OFDM với lỗi offset thời gian 81  Hình 4-12: SNR hiệu dụng cho QAM kết hợp có lệch tần số SNR hiệu dụng cho symbol thứ nhất, thứ 4, thứ 16 thứ 64 cân kênh đầu frame 81  Hình 5-1:Sơ đồ khối máy phát MC-CDMA 86  Hình 5-2:Sơ đồ khối máy thu MC-CDMA ứng với user k 87  Hình 5-3: Sơ đồ máy phát MC – CDMA ứng với user thứ j 88  Hình 5-4: Phổ công suất tín hiệu MC – CDMA 88  Hình 5-5: Sơ đồ máy phát MC – CDMA sửa đổi ứng với user thứ j .89  Hình 5-6: Sơ đồ máy thu MC – CDMA cho user thứ j 89  Hình 5-7: Mô hình thu sử dụng kỹ thuật SUD 90  Hình 5-8: Nguyên lý hoạt động phương pháp lựa chọn phù hợp 91  Hình 5-9: Nguyên lý hoạt động phương pháp MRC 92      -6- DANH MỤC BẢNG Bảng 1-1: Giá trị độ trải trễ số môi trường tiêu biểu 23  Bảng 3-1: Dung lượng kênh truyền theo thông số kênh điều chế 51  Bảng 4-1: Suy hao SNR theo lỗi đồng 79  Bảng 5-1: Một số tham số kỹ thuật truyền dẫn DAB .97  Bảng 5-2: Một số tham số kỹ thuật truyền dẫn DAB .98  Bảng 5-3: So sánh số tham số kỹ thuật chuẩn 802 HiperLAN .99  Bảng 5-4: Một số tham số vật lý HiperLAN2 802.11a 99        -7- DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT ADSL Asymmetric Digital Subscriber Line Đường dây thuê bao số bất đối xứng ATM Asynchronous Transfer Mode Phương thức truyền tải không đồng AWGN Additive White Gaussian Noise Nhiễu tạp âm Gauss trắng cộng BER Bit Error Ratio Tỷ lệ lỗi bit BPSK Bipolar Phase Shift Keying Khóa dịch pha hai cực BS Base Station Trạm gốc CCETT Comité Consultatif International Ủy ban tư vấn điện báo, Télégraphique et Téléphonique điện thoại quốc tế Code Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo CDMA mã CFO Carrier Frequency Offset Khoảng dịch tần sóng mang CP Cyclic Prefix Tiền tố lặp CSMA/CA Carrier Sense Multiple Access with Đa truy cập nhận biết sóng Collision Avoidance mang tránh xung đột DAB Digital Audio Broadcasting Phát số quảng bá DC Direct Current Dòng chiều DFT Discrete Fourier Transform Biến đổi Fourier ngược DPLL Digital Phase Look Loop Vòng khóa pha số DRM Digital Radio Mondiale Vô tuyến số toàn cầu DSP Digital Signal Processor Bộ xử lý tín hiệu số     -8- DVB-C Digital Video Broadcasting Cable Truyền hình số quảng bá cáp DVB-S Digital Video Broadcasting Satellite Truyền hình số quảng bá vệ tinh DVB-T Digital Video Broadcasting Terrestrial Truyền hình số quảng bá mặt đất EGC Equal Gain Combining Kết hợp khuếch đại cân FDM Frequency Division Modulation Ghép kênh phân chia theo tần số FDMA Frequency Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo tần số FEC Forward Error Correction Sửa sai hướng FFT Fast Fourier Transform Biến đổi Fourier nhanh FIC Fast Information Channel Kênh thông tin nhanh FIR Finite Impulse Response Phản ứng xạ có hạn FM Frequency Modulation Điều tần FOE Frequency Offset Estimation Ước lượng độ dịch tần số FSC Frame Synchronization Code Mã đồng khung GI Guard Interval Khoảng bảo vệ GSM Global System for Mobile Hệ thống thông tin di động communications toàn cầu HiperLAN High Performance Radio LAN Mạng LAN chất lượng cao ICI InterChannel Inference Nhiễu liên kênh IDFT Inverse Discrete Fourier Transform Biến đổi Fourier rời rạc ngược     -9- IEEE IFFT Institute of Electrical and Electronic Viện kỹ sư điện điện Engineers tử Inverse Fast Fourier Transform Biến đổi Fourier nhanh ngược IMD Inter-Modulation Distortion Méo lần điều chế IP Internet Protocol Giao thức Internet ISI InterSymbol Interference Nhiễu giao thoa ký tự ITU International Telecommunications Liên minh viễn thông quốc tế Union LAN Local Area Network Mạng cục LOS Line of sight Tầm nhìn thẳng MAC Media Access Control Điều khiển truy nhập môi trường MAI Multiple Access Interference Nhiễu đa truy cập MPEG Motion Picture Experts Group Nhóm chuyên gia hình ảnh động MRC Maximum Ratio Combining Kết hợp tỷ lệ tối đa MS Mobile Station Trạm di động MSC Mobile Switching Centre Trung tâm chuyển mạch di động MUD Multiple User Detection Tách sóng đa người sử dụng NA-TDMA North-American TDMA Tiêu chuẩn TDMA Bắc Mỹ OFDM Orthogonal Frequency Division Ghép kênh phân chia theo tần Multiplexing số trực giao     -90- • Tách sóng đa người sử dụng (Multi – User Detection – MUD) Kỹ thuật SUD Nguyên lý kỹ thuật để khôi phục tín hiệu user cần quan tâm mà không gây nhiễu đa truy nhập Một thu với SUD user thứ k đươc minh hoạ theo hình (5-7): Hình 5-7: Mô hình thu sử dụng kỹ thuật SUD Trong r chuỗi liệu sau giải điều chế OFDM qua cân để khử méo biên độ pha Chuỗi liệu u thu sau cân bằng: Trong G ma trận vuông chéo (LxL): G0,0 …GL-1,L-1 hệ số phức Các giá trị phức đầu u cân trải phổ tương quan với giá trị phức liên hợp mã trải phổ đặc trưng user ck(*) Giá trị định mềm phức đầu khối trải phổ là: Giá trị định cuối tín hiệu liệu phát cho biểu thức: Trong Q{.} trình lượng tử hoá theo tín hiệu liệu chọn Các phương pháp khác: Phưong pháp phân tập phía thu sử dụng kỹ thuật kết hợp: Kết hợp tỷ lệ tối đa (Maximum Ratio Combining-MRC), Kết hợp khuếch đại cân (Equal Gain Combining – EGC); Kết hợp có lựa chọn (Selection Combining-SC)     -91- Phương pháp 1: Phương pháp lựa chọn phù hợp SC (Selection Combining): Trong mạch SC, tín hiệu so sánh từ nhánh anten L anten đưa vào mạch logic đa hợp Nhánh có tỉ lệ C/N CT2 cao lựa chọn đưa vào giải mã Nguyên lý lựa chọn phù hợp minh hoạ hình (58): Hình 5-8: Nguyên lý hoạt động phương pháp lựa chọn phù hợp Phương pháp 2: Phương pháp kết hợp tỉ lệ lớn MRC (Maximum Ratio Combining): Với phương pháp này, tín hiệu L nhánh đa hợp trước tiên đồng pha, xác định trọng số thân theo tỉ lệ C/N tức thời nhánh riêng Bước thứ hai cộng tín hiệu đồng pha trọng số với nhau, cách làm lý thuyết mà nói làm giảm hiệu ứng phading kỹ thuật đa hợp tuyến tính khác Nhưng thực đồng pha xác định trọng số phức tạp phương án lựa chọn phù hợp, với khả tích hợp chipset thi việc không khó khăn thực Có nhiều phương án để giải hiệu dựa mức sóng mang phụ, thực đồng pha xác định số cách nhân tín hiệu với toán tử liên hợp phức Trên hình 5-9 minh hoạ nguyên lý hoạt động phương pháp     -92- Hình 5-9: Nguyên lý hoạt động phương pháp MRC Kỹ thuật MUD Thực tế, máy thu BS biết tất mã người sử dụng cell mà BS phục vụ, người ta sử dụng thông tin tất người sử dụng cell khôi phục tín hiệu Kỹ thuật gọi Multi-User Detection (MUD) Về bản, là: tín hiệu người sử dụng đồng thời khôi phục lúc thực tương hỗ lẫn (jointly) Các kỹ thuật MUD gồm có: • Máy thu tối ưu (optimum receiver maximum - likehood MUD) • Máy thu tuyến tính (linear receiver) gần tối ưu (sub-optimum) • Máy thu dựa khử nhiễu (interference cancellation receiver) Trong loại có hai loại nhỏ: Khử nhiễu song song (PIC - Parallel Interference Cancellation) Khử nhiễu (SIC - Successive Interference Cancellation) a Máy thu MUD Tối Ưu (Optimum Multi-User Detector Likelihood MUD (ML-MUD))     Maximum - -93- Thay vì, phát tín hiệu người sử dụng cách riêng rẽ máy thu CDMA thông thường ML-MUD lúc khôi phục tín hiệu tất người sử dụng cell Có hai loại máy ML-MUD: a-1 Máy Thu ML-MUD Chỉ dựa bit symbol (Maximum Likelihood Symbol by Symbol Estimation-MLSSE): Máy thu khôi phục tín hiệu theo bit/symbol Khi nhận tín hiệu, tìm kiếm tập hợp tín hiệu phát tím kiếm chuỗi bit/symbol (mỗi bit/symbol ứng với tín hiệu phát người sử dụng) có xác suất thành công cao Do đó, loại máy thu đảm bảo xác suất bit/symbol lỗi nhỏ Chính lý gọi Máy Thu MUD Tối Ưu a-2 Máy Thu ML-MUD dựa chuỗi bit chuỗi symbol (Maximum Likelihood Sequence Estimation-MLSE): Máy thu khôi phục tín hiệu theo chỗi bit/symbol Máy thu phải đợi cho chuỗi tín hiệu nhận trước hoạt động MUD tiến hành Khi nhận chuỗi tín hiệu, tìm kiếm tập hợp tín hiệu phát tìm kiếm chuỗi bit/symbol có xác suất thành công cao Điểm khác máy thu a1 a2 máy thu a1 dựa bit/symbol máy thu B dựa dãy (chuỗi) bit symbol Như vậy, máy thu a1 khôi phục véc-tơ tín hiệu thành phần véctơ tín hiệu người sử dụng Máy thu B khôi phục lúc ma trận tín hiệu cột chuỗi tín hiệu gửi từ người sử dụng b Máy thu MUD Tuyến Tính b-1 Máy thu MUD giải tương quan (Decorrelating MUD Receiver) b-2 Máy thu MUD dựa lọc MMSE (Minumum Mean Square Error Filter) c Máy thu dựa khử nhiễu (interference cancellation receiver) c-1 Khử nhiễu song song (PIC - Parallel Interference Cancellation) Phương pháp khử nhiễu song song tiến hành giải điều chế cho người dùng, sử dụng định thử nghiệm thử nghiệm từ tầng trước     -94- (các ngõ tách sóng bất kỳ) để ước lượng loại trừ tất nhiễu MAI cho người dùng Quá trình xử lý lặp lại nhiều lần tạo nên triệt nhiễu song song nhiều tầng, với hi vọng tăng độ tin cậy định thử nghiệm ước lượng nhiễu đa truy cập c-2 Khử nhiễu (SIC - Successive Interference Cancellation) Phương pháp khử nhiễu SIC thực sau: Giải điều chế cho người dùng, tái tạo lại phần nhiễu đa truy cập người dùng loại trừ khỏi dạng sóng thu Sau dạng sóng triệt bớt nhiễu dùng tách sóng cho người dùng Lặp lại trình xử lý tách sóng cho tất người dùng 5.1.2.5 Ưu nhược điểm hệ thống dùng MC-CDMA Ưu điểm • MC – CDMA kết hợp kỹ thuật điều chế đa sóng mang OFDM kỹ thuật đa truy nhập phân chia theo từ mã, thừa hưởng tất ưu điểm CDMA OFDM • Do sóng mang phụ chịu ảnh hưởng Fading phẳng nên hệ thống bền vững với Fading chọn lọc tần số giảm độ phức tạp cân máy thu • Do chu kỳ ký hiệu dài nên hệ thống chống nhiễu liên ký hiệu ISI việc giả đồng trở nên dễ dàng • Nhờ sử dụng thuật toán FFT IFFT mà cấu trúc má phát máy thu trở nên đơn giản nhiều Nhược điểm • Rất nhạy với offset tần số Offset tần số xảy hiệu ứng Dopler hay sai lệch việc tạo dao động cho sóng mang máy phát máy thu Nó làm cho sóng mang tính trực giao nhiễu liên sóng mang ICI (Inter-Carrier Interference) nhiễu đa truy cập MAI (Multiple Access Interference) xuất hiện, ảnh hưởng nghiêm trọng đến chất lượng kênh truyền     -95- • Kỹ thuật MC-CDMA có tỷ số công suất đỉnh công suất trung bình PAPR lớn Đây nhược điểm kỹ thuật OFDM 5.1.2.6 Sự khác MC-CDMA OFDMA Sự khác kỹ thuật OFDMA MC – CDMA là: Với kỹ thuật OFDMA, user cell sử dụng tập tần số sóng mang phụ riêng biệt Còn kỹ thuật MC – CDMA, tất user sử dụng chung tập tần số sóng mang phụ Mỗi user phân biệt với user khác nhờ chuỗi mã riêng user Trong hệ thống sử dụng MC – CDMA, tất user sử dụng chung tập tần số sóng mang phụ nên tính trực giao user hệ thống thông tin di động bị cell Vì vậy, hệ thống MC-CDMA cần cân phức tạp Trong đó, hệ thống sử dụng OFDMA không bị khuyết điểm cell đơn, tất user có tập sóng mang phụ khác nên loại bỏ ISI ICI Vì vậy, OFDMA không bị ảnh hưởng can nhiễu cell Đây điểm bật OFDMA so với MC – CDMA DS – CDMA hai hệ thống này, can nhiễu bên cell nguồn can nhiễu 5.2 Ứng dụng OFDM thông tin vô tuyến Trong năm cuối thập niên 19 kỷ XX, kỹ thuật điều chế OFDM bắt đầu ứng dụng rộng rãi Sự kết hợp kỹ thuật xử lý tín hiệu số kỹ thuật vi điện tử tạo vi mạch DSP có khả tính toán nhanh giúp tạo tín hiệu OFDM đơn giản hiệu Nhờ kỹ thuật điều chế OFDM ứng dụng nhiều hệ thống thông tin khác như: hệ thống phát số (DAB), hệ thống truyền hình số mặt đất (DVB-T), mạng LAN không dây 5.2.1 Phát quảng bá số (DAB) DAB (digital Audio Broadcasting) chuẩn truyền dẫn số mới, phát triển dự án Eureka147, công nhận ITU chuẩn giới Với việc sử dụng kỹ thuật OFDM, DAB đem đến cho người nghe tín hiệu nhiễu, âm chất lượng cao, dễ dàng sử dụng, đồng thời     -96- không hạn chế khả mở rộng mạng thông qua việc phát triển trạm phát, phát triển dịch vụ Tuy DAB mạng phát quảng bá mặt đất tương lai thể mở rộng thành mạng phát quảng bá qua vệ tinh Với DAB, nhận chất lượng chương trình radio tương đương chất lượng chương trình đĩa CD xe với anten vô hướng nhỏ DAB truyền ảnh text, liệu, chí hình ảnh Hãy tưởng tượng vừa nghe nhạc vừa xem lời hát lúc, đồng thời nhận tin nhắn tình hình thời tiết ngày Không cần đọc đồ để tìm đường hệ thống cung cấp đường gần nhất, trạng thái trạm gửi xe tình hình giao thông thành phố Nếu xe trạm làm việc lưu động người dùng truy cập Internet thông qua DAB radio Tín hiệu dịch vụ khác mã hóa nguồn tùy theo tính chất nguồn tin, mã hóa chống lỗi mã hóa kênh Sau dịch vụ ghép kênh kênh dịch vụ (Main Service Channel) Tín hiệu khỏi MSC liên kết với tín hiệu điều khiển ghép kênh tín hiệu đồng dịch vụ, kênh thông tin nhanh (FIC), để tạo dạng khung truyền ghép kênh Cuối OFDM sử dụng để tạo dạng tín hiệu DAB gồm số lượng lớn sóng mang Tín hiệu truyền xa sóng vô tuyến điện cao tần phương pháp điều chế thông thường Hiện giới có khoảng 300 nghìn người sử dụng 600 dịch vụ DAB Máy thu tín hiệu DAB thương mại hóa từ mùa hè 1998, có khoảng 80 loại khác Toàn tín hiệu DAB lựa chọn lựa chọn tín hiệu tương tự (bộ lọc tương tự), tín hiệu sau giải điều chế cao tần đưa qua giải mã OFDM giải mã hóa kênh để thu thông tin dạng tín hiệu số Những thông tin kênh FIC đưa tới giao diện người sử dụng cho phép lựa chọn dịch vụ đường liệu tương ứng Dữ liệu kênh liệu (MSC) xử lý giải mã Audio để tách thành hai kênh âm trái     -97- phải giải mã liệu để tách thành đường liệu tương thích Hệ thống DAB có kiểu khác với số lượng sóng mang điều chế OFDM khác Mode ứng dụng truyền với khoảng cách xa, vật cản, Mode Mode dùng khoảng cách ngắn, có nhiều chướng ngại vật, nhiễu lớn Bảng 5-1: Một số tham số kỹ thuật truyền dẫn DAB Tham số Mode Mode Mode 1,536MHz 1,536MHz 1,536MHz 1.546 758 384 Điều chế kênh DQPSK DQPSK DQPSK Chiều dài ký tự (ts) 1ms 250µs 125µs Băng thông Số sóng mang Chiều dài đoạn bảo vệ ts/4(250µs) ts/4(62,5µs) ts/4(31,25µs) Tốc độ 2,4Mbps 2,4Mbps 2,4Mbps 5.2.2 Hệ thống truyền hình số mặt đất (DVB) Các chuẩn truyền hình số mặt đất (DVB) bắt đầu khởi động từ năm 1993 DVB hệ thống truyền dẫn dựa tảng MPEG2, phương thức nén âm hình ảnh chất lượng cao DVB đời thúc đẩy thay chuẩn truyền hình tương tự, cung cấp đường truyền lý tưởng cho dịch vụ âm thanh, hình ảnh liệu Chuẩn DVB giai thức ứng dụng môi trường truyền dẫn khác vệ tinh (DVB-S), cáp (DVB-C), mặt đất (DVBT) Lớp vật lý chuẩn nhằm đạt tới mục tiêu tối ưu hóa kênh truyền Truyền hình vệ tinh sử dụng đơn sóng mang dùng điều chế QPSK cho phép dịch tần Doppler lớn, cho hiệu suất sử dung lượng cao Nhưng kiểu truyền không thích hợp với truyền dẫn mặt đất nhiễu đa đường làm giảm tốc độ truyền     -98- đơn sóng mang OFDM sử dụng chuẩn truyền dẫn mặt đất DVB (DVB-T) DVB-T có hai kiểu truyền dẫn khác số sóng mang sử dụng Bảng 5-2: Một số tham số kỹ thuật truyền dẫn DAB Tham số 2K Mode 4K Mode Băng thông 7,61MHz 7,61MHz Số sóng mang 1705 Chiều dài ký tự (ts) 896µs 6817 224µs 5.2.3 Wireless LAN Mạng LAN không dây (Wireless LAN) hoạt động giống mạng LAN truyền thống, điểm khác hai lớp DataLink lớp MAC theo mô hình tham chiếu OSI LAN không dây dùng giao tiếp vô tuyến để liên kết máy tính lại với nahu Mạng LAN không dây có khả truyền liệu với tốc độ cao, tải tập trung thời gian ngắn Phạm vi hoạt động mạng LAN không dây nhỏ, khoảng 150m, máy trạm cố địng di chuyển với tốc độ thấp Mạng LAN không dây hệ thứ hoạt động dựa giao thức đóng độc quyền nhà sản xuất thiết bị Phần lớn thiết bị hoạt động dải thông tần 26MHz băng tần 900MHz sử dụng kỹ thuật trải phổ, tốc độ cho phép đạt từ 1-2Mbps Sự thiếu chuẩn hóa sản phẩm tạo phí phát triển sản phẩm cao, khả mở rộng hạn chế thị trường nhỏ hẹp cho sản phẩm đơn lẻ Do có nhà sản xuất thu thành công Tại Mỹ, thiết bị mạng LAN không dây hệ thứ hai chế tạo theo chuẩn 802.11b hoạt động băng tần 2,4GHz Theo chuẩn khuyến nghị dùng kỹ thuật trải phổ, tốc độ mạng đạt 1,6Mps (lý tưởng đạt 11Mps), khoảng cách tối đa 150m Chuẩn thứ hai họ chuẩn 802.11 chuẩn 802.11a phát triển để có khả hoạt động tốc độ cao chuẩn 802.11b Trong chuẩn khuyến nghị dải tần hoạt động 300MHz băng tần 5GHz, sử dụng kỹ thuật điều chế đa     -99- sóng mang, tốc độ đạt từ 20-70Mps Một chuẩn khác 802.11g khuyến nghị sử dụng kỹ thuật điều chế đa sóng mang, cho phép sử dụng hai băng 2,4GHz 5GHz tốc độ cho phép lên tới 54Mps Bảng 5-3: So sánh số tham số kỹ thuật chuẩn 802 HiperLAN Chuẩn 802.11b 802.11a HiperLAN2 Băng tần hoạt động 2,4GHz 5,2GHz 5,2GHz Kỹ thuật điều chế DSSS OFDM OFDM Tốc độ vật lý 11 54 54 Tốc độ liệu 32 32 MAC CSMA/CA TDMA/TDD Tại Châu Âu, mạng LAN không dây phát triển dựa theo chuẩn HiperLAN (High Performance Radio LAN) Chuẩn HiperLAN1 tương tự chuẩn 802.11a cho phép tốc độ đạt 20Mps với khoảng cách nhỏ 50m Chuẩn HiperLAN2 cho phép đạt tốc độ cao lên tới 54Mps đồng thời hỗ trợ giao thức cho phép truy nhập tới mạng di động, mạng ATM, mạng IP Bảng 5-4: Một số tham số vật lý HiperLAN2 802.11a Tham số Giá trị Băng thông kênh 20MHz Kênh mang data 48 Kênh mang dẫn đường Băng thông kênh 312,5 kHz Chiều dài ký tự có ích 3,2     -100- Chiều dài đoạn bảo vệ 0,8 Kỹ thuật điều chế BPSK, QPSK, 16-QAM, 64-QAM Điểm khác IEEE 802.11a HiperLAN2 phần điều khiển truy nhập kênh truyền (MAC) Chuẩn IEEE 802.11a sử dụng MAC dựa tảng kỹ thuật đa truy nhập sóng mang thông minh có ngăn chặn xung đột (CSMA/CA) Trong HiperLAN2 sử dụng MAC xây dựng tảng kỹ thuật đa truy nhập phân chia theo thời gian kèm định khe động (TDMA/DSA) 5.3 Triển khai kỹ thuật OFDM Việt Nam Hiện nay, Việt Nam, kỹ thuật OFDM ứng dụng rộng rãi hệ thống thông tin vô tuyến Điển mạng Internet băng rộng ADSL ADSL đường truyền thuê bao số bất đối xứng ứng dụng phát triển rộng rãi phù hợp với nhu cầu người sử dụng Internet Nhờ kỹ thuật điều chế đa sóng mang cho phép chồng phổ sóng mang mà tốc độ truyền dẫn hệ thống ADSL tăng lên cách đáng kể so với mạng cung cấp dịch vụ internet thông thường Bên cạnh mạng cung cấp dịch vụ ADSL sử dụng rộng rãi Việt Nam nay, hệ thống thông tin vô tuyến mạng truyền hình số mặt đất DVB-T khai thác sử dụng Các hệ thống phát số DAB DRM chắn khai thác sử dụng tương lai không xa Các mạng thông tin máy tính không dây HiperLAN/2, IEEE 802.11a, g khai thác cách rộng rãi Việt Nam 5.4 Các hướng phát triển tương lai Kỹ thuật OFDM đề cử làm phương pháp điều chế sử dụng mạng thông tin thành thị băng rộng Wimax theo tiêu chuẩn IEEE 802.16a hệ     -101- thống thông tin di động hệ thứ tư Trong hệ thống thông tin di động hệ thứ tư, kỹ thuật OFDM kết hợp với kỹ thuật khác kỹ thuật đa anten phát thu (MIMO technique) nhằm nâng cao dung lượng kênh vô tuyến kết hợp với công nghệ CDMA nhằm phục vụ dịch vụ đa truy cập mạng Một vài hướng nghiên cứu với mục đích thay đổi phép biến đổi FFT điều chế OFDM phép biến đổi Wavelet nhằm cải thiện nhạy cảm hệ thống hiệu ứng dịch tần đồng gây giảm độ dài tối thiểu chuỗi bảo vệ hệ thống OFDM     -102- KẾT LUẬN Công nghệ ghép kênh phân chia theo tần số trực giao - OFDM công nghệ đại, nghiên cứu ứng dụng rộng rãi toàn giới Với ưu điểm mà kỹ thuật đem lại tiết kiệm băng tần khả chống lại fading chọn lọc tần số xuyên nhiễu băng hẹp, hứa hẹn kỹ thuật điều chế đa sóng mang trội có tầm ảnh lớn hệ thống thông tin tương lai Và thực tiễn Việt Nam nay, kỹ thuật OFDM triển khai ứng dụng mạnh mẽ hệ thống vô tuyến hữu tuyến Chính luận văn chọn công nghệ OFDM ứng dụng làm chủ đề để thực nghiên cứu Đề tài “Công nghệ OFDM ứng dụng hệ thống thông tin di động” tìm hiểu, trình bày cách tổng quan kỹ thuật OFDM, lịch sử phát triển, ưu nhược điểm kỹ thuật này, trình bày cấu trúc chức thành phần hệ thống OFDM, nguyên lý điều chế giải điều chế tín hiệu hệ thống OFDM Bên cạnh khía cạnh khác kỹ thuật OFDM tập trung nghiên cứu trình bày luận văn vấn đề đồng hệ thống OFDM tác nhân gây đồng Đồng bên phát bên thu vấn đề quan trọng, không hệ thống OFDM mà hệ thống khác Trong hệ thống OFDM nào, hiệu suất hệ thống phụ thuộc nhiều vào tính đồng bên phát bên thu Sự sai lệch tần số, lệch pha tín hiệu phát thu, hay ảnh hưởng hiệu ứng Doppler di chuyển gây nhiễu giao thoa xuyên kênh (ICI) làm giảm hiệu suất hệ thống Chính hệ thống OFDM yêu cầu khắt khe vấn đề đồng Đề tài đưa ứng dụng kỹ thuật OFDM thông tin vô tuyến thông tin di động Đó kết hợp hai kỹ thuật OFDM CDMA thành kỹ thuật MC-CDMA cho thông tin di động Với việc kế thừa ưu điểm hai kỹ thuật này, MC-CDMA phần khắc phục nhược điểm tồn hai kỹ thuật     -103- Với việc nắm bắt giải vấn đề kỹ thuật hệ thống OFDM, tương lai, luận văn hướng tới việc nghiên cứu cụ thể ứng dụng kỹ thuật OFDM CDMA thực tiễn mạng di động hệ thứ tư Một lần nữa, xin chân thành cảm ơn Tiến sỹ thày Nguyễn Vũ Sơn, thày cô khoa Điện tử Viễn thông đại học Bách Khoa Hà Nội tận tình giúp đỡ hoàn thành đề tài Học viên: Lê Thị Mai Lan     -104- TÀI LIỆU THAM KHẢO Nguyễn văn Đức (2006), “Lý thuyết ứng dụng kỹ thuật OFDM”, Nhà xuất khoa học kỹ thuật, Hà Nội Nguyễn Văn Đức (2006), “Lý thuyết kênh vô tuyến”, Nhà xuất khoa học kỹ thuật, Hà Nội Nguyễn Văn Đức, Vũ Văn Yêm, Đào Ngọc Chiến, Nguyễn Quốc Khương, Nguyễn Trung Kiên (2006), “Thông tin vô tuyến”, Nhà xuất khoa học kỹ thuật, Hà Nội Nguyễn Quốc Trung (2006), “Xử lý tín hiệu lọc số - Tập 1, 2”, Nhà xuất khoa học kỹ thuật, Hà Nội Anibal Luis Intini (2000), “Orthogonal Frequency Division Multiplexing for Wirelss Networks”, University of California Santa Barbara Henrik Schulze and Christian Luders (2005), “Theory and Application of OFDM and CDMA”, Fachhochschule Sudwestfalen Meschede, Germany L.Hanzo, M.Munster, B.J.Choi and T.Keller (2003), “ OFDM and MCCDMA for Broadband Multi-User Communications, WLANs and Broadcasting ”, All of Univesity of Southampton,UK, IEEE Press/ Wiley Shinesuke Hara and Ramjee Prasad, “Multicarier techniques for 4G mobile communications”, Artech House Van Nee, Ramjee Prasad (2000), “OFDM for Wireless Multimedia Comunication”, Norwood, Artech House     ... 82  ỨNG DỤNG OFDM TRONG HỆ THỐNG VIỄN THÔNG 83  5.1  Ứng dụng OFDM thông tin di động 83  5.1.1  Các công nghệ đa truy cập 83  5.1.2  Sự kết hợp OFDM CDMA: Kỹ thuật MC-CDMA 85  5.2  Ứng dụng OFDM. .. HiperLAN, công nghệ băng rộng Wimax,… Vì vậy, chọn đề tài Công nghệ OFDM ứng dụng hệ thống thông tin di động để trình bày nét công nghệ OFDM, ưu điểm vượt trội kỹ thuật điều chế tín hiệu từ khẳng... thuật OFDM viễn thông: Sự kết hợp OFDM CDMA (MC-CDMA), trình bày nguyên lý hoạt động hệ thống MC-CDMA để thấy ưu, nhược điểm ứng dụng OFDM vào thông tin di động Bên cạnh đó, chương đưa số ứng dụng