Đồ án ỨNG DỤNG MATLAB TRONG mô PHỎNG OFDM

Nội dung đồ án:Chương 1: Giới thiệu tổng quan Chương 2: Các lý thuyết và khái niệm có liên quan tới OFDM Chương 3: Vấn đề PAPR cao ảnh hưởng đến hệ thống OFDM và các phương pháp giảm PAP

Trang 1

TRƯỜNG CAO ĐẲNG KỸ THUẬT CAO THẮNG

KHOA ĐIỆN TỬ - TIN HỌC



ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

MÔ PHỎNG OFDM

GVHD: Nguyễn Tâm Hiền

SVTH: Phan Nguyễn Uyên Chi

Lê Thị Huyền Lớp: CĐ ĐTVT 08B

Khóa 2008 - 2011

Thành phố HCM, tháng 7 năm 2011

Trang 2

Nội dung đồ án:

Chương 1: Giới thiệu tổng quan

Chương 2: Các lý thuyết và khái niệm có liên

quan tới OFDM

Chương 3: Vấn đề PAPR cao ảnh hưởng đến hệ thống OFDM và các phương pháp giảm PAPR cao

Chương 4: Phương pháp ACE để giảm PAPR

Chương 5: Kết quả của hai thuật toán POCS và AGP được mô phỏng trong Matlab

Chương 6: Kết luận và hướng phát triển của đề tài

Trang 3

Nội dung thuyết trình:

 Giới thiệu tổng quan về OFDM

 Ảnh hưởng của PAPR cao đối với hệ thống OFDM và phương pháp làm

giảm PAPR

 Giảm PAPR bằng phương pháp ACE

 Kết quả mô phỏng hai thuật toán

POCS và AGP

 Kết luận và hướng phát triển

Trang 4

GIỚI THIỆU TỔNG

QUAN VỀ OFDM

Trang 5

Định nghĩa và nguyên lý hệ thống OFDM:

Trang 6

Hình 2.1: Kỹ thuật đa sóng mang chồng xung và không

chồng xung.

Dãy thông được tiết kiệm

Trang 7

Hình 2.2: Phổ của OFDM và FDM

Trang 8

Nguyên lý cơ bản của hệ thống

OFDM:

 Nguyên lý cơ bản của OFDM là chia một luồng

dữ liệu tốc độ cao thành các luồng dữ liệu tốc độ thấp hơn và phát đồng thời trên một số các sóng mang con trực giao

 Sự chồng chập của các sóng mang con là

nguyên nhân làm tăng hiệu quả sử dụng phổ

trong OFDM

 Nhờ thực hiện biến đổi chuỗi dữ liệu từ nối tiếp sang song song nên thời gian symbol tăng lên

Do đó, sự phân tán theo thời gian gây bởi trải

rộng trễ do truyền dẫn đa đường (multipath)

giảm xuống

Trang 9

Hình 2.4: Sơ đồ hệ thống OFDM

x(n) x f (n) h(n)

y f (n) y(n)

Ước lượng kênh

Chèn dải bảo vệ

Loại bỏ dải bảo vệ

Trang 10

Hình 2.4: Phổ của sóng mang con

OFDM

Trang 11

Đơn sóng mang (Single Carrier):

Trang 12

Đa sóng mang (Multicarrier):

- Truyền tín hiệu không phải bằng một sóng mang mà bằng nhiều sóng mang, mỗi sóng mang tải một phần dữ liệu có ích

và được trải đều trên cả băng thông.

- OFDM là một kỹ thuật điều chế đa sóng mang,trong đó dữ liệu được truyền song song nhờ vô số sóng mang phụ mang các bit thông tin

Hình 2.6: Cấu trúc truyền dẫn đa sóng mang

Trang 14

Các kỹ thuật điều chế trong OFDM:

 Điều chế M-PSK:

- Điều chế BPSK

- Điều chế QPSK

 Điều chế QAM

Trang 15

2.3/Đặc tính hiệu ứng đa đường trong hệ thống OFFDM:

- Fading lựa chọn tần số

- Dịch Doppler

- Nhiễu AWGN (Addtive White Gaussian Noise)

- Nhiễu liên ký tự ISI (Intersymbol Interference)

- Nhiễu liên sóng mang ICI (InterCarrier Interference)

- Tiền tố lặp CP (Cyclic Prefix)

Trang 16

- Khoảng bảo vệ

Hình 2.13: OFDM có khoảng bảo vệ và không có khoảng bảo

vệ

Trang 17

Các đặc tính của hệ thống OFDM:

Ưu điểm:

- Hệ thống OFDM tăng hiệu suất sử dụng

- Loại trừ được nhiễu ISI và ICI, chịu đựng tốt với

- Tất cả các hệ thống thông tin thực tế đều bị giới

hạn công suất, tỷ số PAPR cao là một bất lợi

nghiêm trọng đối với hệ thống OFDM

- Vấn đề đồng bộ trong hệ thống OFDM phức tạp

hơn hệ thống dơn sóng mang Nó là một trong

những nhiệm vụ thiết yếu cần phải đạt trong bộ thu OFDM

Trang 18

Ứng dụng:

- Ứng dụng đầu tiên trong lĩnh vực thông tin quân

sự

- Trong truyền dẫn thông tin băng rộng, sau đó

OFDM được ứng dụng rộng rãi trong phát thanh

số và truyền hình số

- 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

Trang 19

NHỮNG PHƯƠNG PHÁP LÀM GIẢM TỶ SỐ CÔNG SUẤT ĐỈNH

TRÊN CÔNG SUẤT TRUNG

BÌNH CỦA HỆ THỐNG OFDM

Peak – to – Average Power Ratio

(PAPR)

Trang 20

ax ( ) R

Trang 21

Vấn đề của PAPR cao:

Hình 3.1: Đỉnh xãy ra khi các sóng mang con cùng pha

Trang 22

Ảnh hưởng của PAPR cao:

- Đặc điểm phi tuyến của bộ khuếch đại HPA (High Power Amplifier)

- Yêu cầu và phạm vi chức năng cao của

kỹ thuật chuyển đổi số sang tương tự DAC (Digital to Analog Converter)

- Tiết kiệm năng lượng

Trang 23

Các phương pháp giảm PAPR hiện

có:

 Phương pháp giảm PAPR có méo:

Các phương pháp xén và lọc

 Phương pháp giảm PAPR không méo:

- Phương pháp hạn chế âm TR (Tone Reservation)

- Ứng dụng mã CI (Carrier Interferomatry)

- Ứng dụng mã POCI (Pseudo Orthogonal CI)

- Phương pháp hỗ trợ âm TI (Tone Injection)

Trang 24

 Các phương pháp xén và lọc:

- PAPR là rất lớn chý hiệu OFDM nhưng cường độ đỉnh cao xãy ra tương đối hiếm và đều tập trung ở các tín hiệu có biên độ thấp Mẫu xén theo thời gian:

động vào hệ thống OFDM

- Lọc có thể làm giảm tác động trong băng sau khi xén nhưng không thể giảm méo trong băng Để có được những PAPR mong muốn thì xén và lọc cần phải được kết hợp chặt chẽ

và quá trình thực hiện phải lặp đi lặp lại.

Trang 25

Hình 3.2: Hiệu quả của xén với tác động ngoài băng

Trang 26

 Phương pháp hạn chế âm TR:

- Tạo ra một số âm bổ sung để loại bỏ đỉnh.

- Mục tiêu của phương pháp này là tìm ra tín hiệu M trong miền thời gian được thêm vào tín hiệu N gốc trong miền thời gian để giảm PAPR trong khi vẫn duy trì năng lượng của tín hiệu

Hình 3.4: Quá trình hạn chế âm để giảm PAPR

Trang 27

- Các bước thực hiện:

• Bước 1: Tạo ra một tín hiệu hủy bỏ

• Bước 2: Dò tìm tất cả các đỉnh vượt quá ngưỡng

A trong các tín hiệu Ghi độ lớn và giá trị của

- Các PAPR mới của tín hiệu được tính như sau:

Trang 28

Mã CI (Carrier Interferometry):

Dịch pha tuyến tính trong miền tần số tạo các tín hiệu không cộng kết hợp (nguyên nhân gây đỉnh lớn)

trong miền thời gian từ đó có kết quả PAPR thấp

Mã POCI (Pseudo Orthogonal CI ):

Trang 29

Phương pháp hỗ trợ âm TI (Tone Injection):

Hình 3.7: Một ví dụ của mở rộng chòm sao

Ý tưởng cơ bản của hỗ trợ âm là tăng kích thước chòm sao để mỗi điểm trong chòm sao cơ bản ban đầu có thể được sắp xếp vào một số điểm tương đương trong chòm sao mở rộng

Trang 30

GIẢM PAPR BẰNG PHƯƠNG PHÁP MỞ RỘNG CHÒM SAO

TÍCH CỰC ACE Active Constellation Extension

Trang 31

Hình 4.1: ACE với 16-QAM

Trang 32

Thuật toán POCS:

 Trong thuật toán này, tín hiệu được chuyển đổi trong miền thời gian qua IFFT Tất cả các đỉnh

mà lớn hơn một ngưỡng xác định trước đều bị cắt

 Bước tiếp theo là để chuyển đổi các tín hiệu bị cắt trở lại vào miền tần số của FFT và sắp xếp lại các điểm chòm sao mà không phải là trong miền mở rộng cho phép Các điểm bên trong cũng được khôi phục lại vị trí ban đầu

Trang 33

ngoài vào vùng biên độ tăng.

 Bước 5: Quay trở lại bước 1 cho đến khi không có điểm

đang bị cắt hoặc PAPR được giảm thiểu tối đa

Trang 34

Thuật toán AGP:

 Vì phương pháp POCS không thể cho ra kết quả nhanh do có rất nhiều các tính toán

 AGP là thuật toán được giới thiệu như là

phương pháp nhanh hơn hội tụ cho ACE

c n = x n − x n

Trang 35

 Bước 4: Áp dụng FFT cho để có được c xén Cxén