Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Khoa Điện Tử Viễn Thơng ====o0o==== Kü tht ®iỊu chÕ ®a sãng mang Nguyên lý & ứng dụng OFDM Giảng viên hớng dÉn Sinh viªn thùc hiƯn SHSV Líp : Ngun Thu Nga : Bùi Đức Toàn : 20063245 : ĐT7-K52 H Ni 5-2010 Bi tập lớn-Bùi Đức Toàn -ĐT7-K52 Phần Mở đầu Mục lục Mục lục Mở đầu Ch¬ng Giíi thiƯu vỊ trun dÉn sè 1.1 Truyền dẫn băng tần sở BaseBand 1.1.1 TÝn hiÖu sè 1.1.2 Mã đờng dây Line Code 1.1.2.1 M· AMI (Alternate Mark Inversion) 1.1.2.2 M· CMI (Coded Mark Inversion) 11 1.1.2.3 M· HDB3 (High Density Bipolar-3) 11 1.1.2.4 M· BnZS (Bipolar with n-Zeros Substitution) 12 1.2 TruyÒn dÉn BroadBand 12 1.2.1 Amplitude Shift Keying 13 1.2.2 Frequency Shift Keying 15 1.2.3 Phase Shift Keying 17 1.2.4 Quadrature Amplitude Modulation 19 1.3 Giíi thiƯu vỊ OFDM .20 Chơng Nguyên lý OFDM 27 2.1 Trùc giao OFDM 28 2.2 Thu ph¸t tÝn hiƯu OFDM .33 2.2.1 Chun ®ỉi nèi tiÕp song song (Serial to Parallel) 34 2.2.2 §iỊu chÕ sãng mang phơ .36 2.2.3 Chun ®ỉi tõ miỊn tÇn sè sang miỊn thêi gian 36 Bài tập lớn-Bùi Đức Toàn -ĐT7-K52 Phần Mở đầu 2.2.4 Điều chế tần số vô tuyến (RF Modulation) 37 2.3 Kho¶ng b¶o vƯ GI (Guard Interval) 38 2.3.1 Chống lỗi dịch thời gian 39 2.3.2 Chống nhiễu symbol (ISI) 40 2.3.3 Mào đầu phân cách sóng mang : 44 2.4 Hạn dải tạo cửa sổ cho tín hiệu OFDM 44 2.4.1 Lọc thông dải 46 2.4.2 Sư dơng d¶i b¶o vệ dạng cos nâng .48 Chơng Đồng Cân .50 3.1 Đồng bé 50 3.1.1 Dịch thời gian tần số OFDM 50 3.1.2 §ång bé hƯ thèng OFDM .54 3.1.3 Đồng thời gian đồng khung .55 3.1.4 Ước lợng dịch tần số 56 3.2 C©n b»ng .57 3.2.1 C©n b»ng miỊn thêi gian .58 3.2.2 C©n b»ng miỊn tÇn sè 61 3.2.3 Khư tiÕng väng .64 Ch¬ng M· hãa kªnh .71 4.1 M· hãa khèi OFDM .72 4.2 Mã hóa vòng xoắn (Convolutional Coding) 75 4.3 Mã hãa m¾t líi (Trellis Coding) 79 4.4 M· hãa Turbo OFDM .83 Chơng ứng dụng OFDM thông tin vô tuyÕn 86 5.1 Ph¸t sè DAB 86 5.1.1 Giíi thiƯu 86 5.1.2 HƯ thèng ph¸t sè DAB theo chuÈn Ch©u ©u 89 Bài tËp lín-Bïi Đức Toàn -ĐT7-K52 Phần Mở đầu 5.2 Truyền hình sè DVB 91 5.2.1 Giíi thiÖu 91 5.2.2 Truyền hình số chuẩn Châu Âu DVB-T 93 5.3 Mạng LAN không dây (Wireless LAN) 98 Chơng ứng dụng OFDM thông tin hữu tuyến 104 6.1 Đờng dây thuê bao số bất đối xứng ADSL 104 6.1.1 Giíi thiƯu ADSL .104 6.1.2 Đặc tính kênh truyền 106 6.1.3 HÖ thèng ADSL .110 6.2 Truyền thông qua đờng dây tải điện PLC .112 6.2.1 Giíi thiƯu PLC 112 6.2.2 Đặc tính kênh truyền 113 6.2.2.1 Tạp âm nhiễu 113 6.2.2.2 Trở kháng kênh suy hao .116 6.2.3 HÖ thèng PLC .117 KÕt luËn 119 Mét sè thuËt ng÷ dïng đồ án 122 Tài liệu tham khảo .127 Bài tËp lín-Bïi Đức Toàn -ĐT7-K52 Phần Mở đầu Mở đầu Trong năm gần đây, dịch vụ viễn thông phát triển nhanh chóng tạo nhu cầu to lớn cho hệ thống truyền dẫn thông tin Mặc dù yêu cầu kỹ thuật cho dịch vụ cao song cần có giải pháp thích hợp để thực Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) phơng pháp điều chế cho phép truyền liệu tốc độ cao kênh truyền chất lợng thấp OFDM đợc sử dụng phát truyền hình số, đờng dây thuê bao số không đối xứng, mạng cục không dây Với u điểm mình, OFDM tiếp tục đợc nghiên cứu ứng dụng lĩnh vực khác nh truyền thông qua đờng dây tải điện, thông tin di động, Wireless ATM OFDM nằm lớp kỹ thuật điều chế đa sóng mang Kỹ thuật phân chia dải tần cho phép thành nhiều dải tần với sóng mang khác nhau, sóng mang đợc điều chế để truyền dòng liệu tốc độ thấp Tập hợp dòng liệu tốc độ thấp dòng liệu tốc độ cao cần truyền tải Các sóng mang kỹ thuật ®iỊu chÕ ®a sãng mang lµ hä sãng mang trùc giao Điều cho phép ghép chồng phổ sóng mang sử dụng dải thông cách có hiệu Ngoài sử dụng họ sóng mang trực giao mang lại nhiều lợi kỹ thuật khác, hệ thống điều chế đa sóng mang sử dụng họ sóng mang trực giao đợc gọi chung ghép kênh theo tần số trực giao OFDM Bi tập lớn-Bùi Đức Toàn -ĐT7-K52 Phần Mở đầu Kỹ thuật OFDM lần đợc giới thiệu báo R.W.Chang năm 1966 vấn đề tổng hợp tín hiệu có dải tần h¹n chÕ thùc hiƯn trun tÝn hiƯu qua nhiỊu kênh Năm 1971 Weistein Ebert sử dụng biến ®ỉi FFT vµ ®a Guard Interval cho kü tht Tuy nhiên, gần đây, kỹ thuật OFDM đợc ứng dụng thực tế nhờ có tiÕn bé vỵt bËc lÜnh vùc xư lý tÝn hiƯu sè vµ kü tht vi xư lý ë ViƯt Nam hiƯn ®ang triĨn khai mét sè øng dơng sư dơng kü tht ®iỊu chÕ ®a sãng mang OFDM nh truyền hình số DVB-T, đờng dây thuê bao không đối xứng ADSL truyền thông qua đờng dây tải ®iƯn PLC Song song víi viƯc triĨn khai c¸c øng dụng trên, cần có nghiên cứu kỹ thuật ®iỊu chÕ OFDM Néi dung cđa ®å ¸n ®Ị cËp tới vấn đề: - Tổng quan kỹ tht ®iỊu chÕ trun dÉn tÝn hiƯu sè - Nguyên lý điều chế đa sóng mang OFDM - Các kỹ thuật OFDM nh đồng bộ, cân bằng, khử tiếng vọng mã hóa - Các ứng dụng OFDM thông tin vô tuyến hữu tuyến Điều chế đa sóng mang kỹ thuật tơng đối mẻ phức tạp Nhân em xin chân thành cảm ơn Cô Nguyễn Thu Nga ®· gióp ®ì em lµm bµi tËp lín nµy Bài tập lớn-Bùi Đức Toàn -ĐT7-K52 Phần Mở đầu Chơng Giíi thiƯu vỊ trun dÉn sè Sù ®êi kỹ thuật số với phát triển vợt bậc công nghệ vi điện tử tạo nên thay đổi kỳ diệu mặt đời sống xã hội Đây thực cách mạng xã hội cách mạng công nghiệp giải phóng sức lao động ngời Sở dĩ kỹ thuật số làm đợc điều tín hiệu số cho phép xử lý lu trữ cách mạnh mẽ linh hoạt xin đề cập đến khía cạnh quan trọng góp phần tạo nên thành công kỹ thuật số truyền dẫn số 1.1 Truyền dẫn băng tần sở BaseBand Trong truyền dẫn BaseBand tín hiệu đợc truyền dẫn dạng xung có phổ vô hạn chiếm toàn dải thông đờng truyền 1.1.1 Tín hiệu số Tín hiệu số tập hợp bit {0,1} đợc biểu diễn dới dạng 0v 5v với mức TTL Tuy nhiên dạng tín hiệu tồn Bus bo mạch đơn lẻ hay Bus nội IC mà truyền dẫn xa Để truyền dẫn tín hiệu số băng tần sở BaseBand cần mã đờng truyền Line Code với mục đích: Đa vào độ d cách mã hóa từ số liệu nhị phân thành từ dài Các từ nhị phân dài có nhiều tổ hợp tăng sè bit Chóng ta cã thĨ chän nh÷ng Bài tËp lớn-Bùi Đức Toàn -ĐT7-K52 Phần Mở đầu tổ hợp xác định có cấu trúc theo quy luật từ mã hợp thành , cho phép tách thông tin định thời cách dễ dàng giảm độ chênh lệch bit bit từ mã Việc giảm độ chênh lệch dẫn đến giảm thành phần chiều Điều cần thiết truyền thành phần chiều tín hiệu số đợc Tuy nhiên việc tăng độ dài từ mã nhị phân làm tăng tốc độ bít tăng độ rộng băng tần Mã hóa tín hiệu nhị phân thành tín hiệu nhiều mức để giảm độ rộng băng tần Loại mã hóa quan trọng cần truyền số liệu tốc độ cao đờng truyền có băng tần hạn chế Việc giảm độ rộng băng tần cần thiết kênh tăng tốc độ bit với độ rộng băng tần cho cần phải tăng tỉ số tín hiệu tạp âm S/N để đạt đợc xác suất lỗi bít Ber cho trớc Bảo mật tin tức cho thông tin đờng truyền Không liên quan đến chất lợng truyền dẫn, nhng tính bảo mật thông tin đặc tính quan trọng mã đờng truyền Tạo phổ tín hiệu nhằm ứng dụng cho mục đích nh tách xung đồng hồ, giảm thành phần biên độ tần số 0Hz đến không, giảm thành phần tần số cao thấp trớc lọc 1.1.2 Mã đờng dây Line Code Các số nhị phân truyền dẫn đờng truyền dới dạng tín hiệu xung nối tiếp đợc gọi mã đờng dây Các loại mã đờng dây có đặc điểm sau: - Chuyển mức không bit Bi tập lớn-Bùi Đức Toàn -ĐT7-K52 Phần Mở đầu + Không chuyÓn møc NRZ (Non Return to Zero) + Cã chuyÓn mức RZ (Return to Zero) - Cực tính + Đơn cùc UniPolar + Ph©n cùc BiPolar Binary 1 0 P w (f) +V t Unipolar NRZ First Null Bandwidth 0.5 f P w (f) +V R 2R R 2R t Unipolar RZ 0.25 f +V t Bipolar NRZ 0.5 -V R 2R +V t Bipolar RZ 0.5 -V R 2R R 2R +V t Manchester 0.5 -V Hình 1- Các mã đờng dây Do ta có loại tín hiệu đờng truyền với dạng tín hiệu phổ chúng nh Nhận xét: - Để truyền xa cần công suất lớn Bài tập lớn-Bùi Đức Toàn-ĐT7-K52 Phần øng dơng cđa OFDM - NhiƠu d¹ng sãng, gåm có: Quá áp bao gồm ổn định (> 2s) đột biến (