Kỹ thuật OFDM và ứng dụng trong truyền hình số

Trong những năm gần đây, các dịch vụ viễn thông phát triển hết sức nhanh chóng đã tạo ra nhu cầu to lớn cho các hệ thống truyền dẫn thông tin. Mặc dù các yêu cầu kỹ thuật cho các dịch vụ này là rất cao song cần có các giải pháp thích hợp để thực hiện. Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) là một phương pháp điều chế cho phép truyền dữ liệu tốc độ cao trong các kênh truyền chất lượng thấp. OFDM đã được sử dụng trong phát thanh truyền hình số, đường dây thuê bao số không đối xứng, mạng cục bộ không dây. Với các ưu điểm của mình, OFDM đang tiếp tục được nghiên cứu và ứng dụng trong các lĩnh vực khác như truyền thông qua đường dây tải điện, thông tin di động, Wireless ATM … Sự hoạt động của các hệ thống vô tuyến tiên tiến này phụ thuộc rất nhiều vào đặc tính của kênh thông tin vô tuyến như: fading lựa chọn tần số, độ rộng băng thông bị giới hạn, điều kiện đường truyền thay đổi một cách nhanh chóng và tác động qua lại của các tín hiệu.Nếu chúng ta vẫn sử dụng hệ thống đơn sóng mang truyền thông tin cho những dịch vụ này thì hệ thống thu phát sẽ có độ phức tạp cao hơn rất nhiều so với viện sử dụng hệ thống đa sóng mang, ghép kênh phân chia theo thời gian (OFDM) là một trong những giải pháp đang được quan tâm để giải quyết vấn đề này. Cũng vì những ưu điểm vượt trội của hệ thống đa sóng mang trong môi trường đa đường, nên nhóm em lựa chọn đề tài “Kỹ thuật OFDM và ứng dụng trong truyền hình số DVB_T”.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ GTVT KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN ĐỒ ÁN XÂY DỰNG CÁC HỆ THỐNG TRUYỀN THÔNG ĐỀ TÀI: Kỹ thuật OFDM ứng dụng truyền hình số mặt đất Giảng viên hướng dẫn: ThS Lương Hồng Anh Nhóm sinh viên thực hiện: HÀ NỘI - 2019 Mục lục LỜI NÓI 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) phương pháp điều chế cho phép truyền liệu tốc độ cao kênh truyền chất lượng thấp OFDM sử dụng phát truyền hình số, đường dây thuê bao số không đối xứng, mạng cục khơng dây Với ưu điểm mình, OFDM tiếp tục nghiên cứu ứng dụng lĩnh vực khác truyền thông qua đường dây tải điện, thông tin di động, Wireless ATM … Sự hoạt động hệ thống vô tuyến tiên tiến phụ thuộc 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 thơng tin cho dịch vụ hệ thống thu phát có độ phức tạp cao nhiều so với viện sử dụng hệ thống đa sóng mang, ghép kênh phân chia theo thời gian (OFDM) giải pháp quan tâm để giải vấn đề Cũng ưu điểm vượt trội hệ thống đa sóng mang mơi trường đa đường, nên nhóm em lựa chọn đề tài “Kỹ thuật OFDM ứng dụng truyền hình số DVB_T” Nội dung trình bày đồ án bao gồm chương sau: Chương 1: Tổng quan kỹ thuật OFDM Chương 2: Ứng dụng tryền hình số mặt đất DVB_T Chương 3: Ứng dụng demo chương trình mơ phỏng, đánh giá đề tài LỜI CẢM ƠN Trên thực tế, khơng có thành cơng mà không gắn li ền v ới nh ững s ự hỗ trợ, động viên dù hay nhiều, dù trực tiếp hay gián ti ếp người khác Trong suốt trình thực hiện, tìm hiểu đề tài chúng em nh ận nhiều quan tâm, giúp đỡ thầy Lương Hoàng Anh v ấn đ ề thi ếu sót đề tài như gia đình bạn bè Dù cố gắng báo cáo không tránh kh ỏi ếm khuy ết, r ất mong nhận ý kiến đóng góp q báu thầy b ạn h ọc lớp để đề tài hoàn thiện Sau cùng, chúng em xin chúc quý Thầy Cô thật d ồi s ức kh ỏe, ni ềm tin để tiếp tục thực sứ mệnh cao đẹp truyền đạt kiến th ức cho th ế hệ mai sau Trân Trọng! NHẬN XÉT ĐÁNH GIÁ (Của giáo viên hướng dẫn) ………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………… Điểm:………………………………………….(bằng chữ:……………………………… ) Hà Nội, ngày tháng năm 2017 GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN (ký,họ tên) DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT Từ viết tắt OFDM FDM PSK BPSK QPSK Tiếng anh Orthogonal Frequency Division Multiplexing Frequency Division Multiplexing Phase Shift Keying ASK Binary Phase Shift Keying Quadrature Phase Shift Keying Amplitude Shift Keying FSK Frequency Shift Keying QAM FFT Quadrature Amplitude Modulation Inter Symbol Interference Inter Carrier Interference Cyclic Prefix Discrete Fourier Transforms Fast Fourier Transform SNR DPLL VCO signal-to-noise ratio Digital Phase Lock Loop Vol Cotrol OSC ADC Analog-to-digital converter DVB_T Digital Video Broadcasting – Terrestrial Very High Frequency Ultra-High Frequency Finite Impulse Response ISI ICI CP DFT VHF UHF FIR Tiếng việt Ghép kênh phân chia theo tần số trực giao Ghép kênh phân chia theo tầ n s ố Điều chế số theo pha tín hiệu Điều chế pha nhị phân Điều chế pha cầu phương (vuông góc) Điều chế số theo biên độ tín hiệu Điều chế số theo tần số tín hiệu Điều chế biên độ vng góc Nhiễu liên tín hiệu Nhiễu liên sóng mang Tiền tố lặp Phép biến đổi Fourier rời rạ c Thuật tốn biến đổi Fourier nhanh Tỷ số tín hiệu nhiễu Vòng khóa pha số Điều khiển giao động theo điện áp Mạch chuyển đổi tương tự số Truyền hình kỹ thuật số mặt đất Tần số cao Tần số cực cao Bộ lọc đáp ứng xung hữu hạn DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 1.10 1.11 1.12 1.13 1.14 1.15 1.16 1.17 1.18 1.19 1.20 1.21 1.22 1.23 1.24 1.25 1.26 1.27 1.28 1.29 1.30 1.31 1.32 2.1 2.2 2.3 Tên hình So sánh kỹ thuật sóng mang khơng chồng xung (a) kỹ thuật sóng mang chồng xung (b) Sơ đồ hệ thống OFDM Phố sóng mang OFDM Truyền dẫn sóng mang đơn Cấu trúc hệ thống truyền dẫn đa sóng mang Các sóng mang trực giao Đáp ứng tần số sóng mang tín hiệu OFDM Sơ đồ khổi hệ thống OFDM dùng FFT Các phương thức điều chế Sơ đồ điều chế BPSK Dạng sóng tín hiệu BPSK Biểu đồ tín hiệu BPSK Sơ đồ giải điều chế BPSK Sơ đồ điều chế QPSK Dạng sóng tín hiệu QPSK Biểu đồ tín hiệu BPSK Sơ đồ giải điều chế BPSK Sơ đồ khối chức điều chế QAM Dạng tín hiệu điều chế 8-QAM Biểu đồ tín hiệu QAM Sơ đồ giải điều chế QAM Sơ đồ dạng sóng tín hiệu điều chế ASK Biểu đồ tín hiệu ASK Giải điều chế ASK Dạng tín hiệu nhiễu ISI Ảnh hưởng ISI Chèn khoảng bảo vệ khoảng trống Chèn khoảng bảo vệ Cyclic prefix Lỗi dịch tần số gây nhiễu ICI hệ thống OFDM Mô tả tiền tố lặp Sơ đồ máy thu sử dụng phương pháp lấy mẫu đồng Sơ đồ máy thu sử dụng phương pháp lấy mẫu không đồng Sơ đồ khối máy phát DVB-T Sơ đồ khối điều chế số DVB-T Phổ tín hiệu OFDM với số sóng mang N=16 phổ tín hiệu RF thực tế Trang 10 11 13 13 14 15 16 19 20 22 22 22 23 23 24 24 24 25 25 26 26 28 28 28 29 30 30 31 32 33 35 35 38 39 40 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 2.9 Biểu diễn chòm điều chế QPSK, 16-QAM 64QAM Biếu diễn chòm điều chế phân cấp 16-QAM với Phân bố sóng mang DVB-T Phân bố pilot DVB-T Phân bố pilot DVB-T biểu đồ chòm Phân bố sóng mang DVB_T (chưa chèn khoảng bảo vệ) 41 41 42 42 43 43 2.10 Phân bố sóng mang chèn thêm khoảng thời gian bảo vệ 43 2.11 Các tia sóng đến khoảng bảo vệ 44 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT OFDM 1.1: Sơ lược OFDM OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) nằm lớp kỹ thuật điều chế đa sóng mang (MCM) thơng tin vơ tuyến Còn hệ thống thông tin hữu tuyến kỹ thuật thường nhắc đến tên: đa tần (DMT) Kỹ thuật OFDM lần giới thiệu báo R.W.Chang năm 1966 vấn đề tổng hợp tín hiệu có dải tần hạn chế thực truyền tín hiệu qua nhiều kênh Tuy nhiên, gần đây, kỹ thuật OFDM quan tâm nhờ có tiến vượt bậc lĩnh vực xử lý tín hiệu vi điện tử OFDM tức ghép kênh phân chia theo số trực giao — việc chia luồng liệu trước phát thành N luồng liệu song song có tốc độ thấp phát luồng liệu sóng mang khác Các sóng mang trực giao với nhau, điều thực cách chọn độ dãn cách tần số chúng cách hợp lý truyền đồng thời kênh truyền OFDM ứng dụng nhiều như: Phát quảng bá số (phát số (DAB), truyền hình số (DVB)); Thơng tin hữu tuyến (ADSL, HDSL); Thông tin vô tuyến (WLAN: 802.11a/g/n (Wifi), WMAN: 802.16 (Wimax), động 4G)  Ứng dụng kỹ thuật OFDM Việt Nam Bên cạnh mạng cung cấp dịch vụ Internet ADSL, hi ện đ ược ứng dụng rộng rãi Việt Nam, hệ thống thông tin vô tuyến mạng truy ền hình 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 khơng dây hiperLAN/2, IEEE 802.11a,g khai thác cách rộng rãi Vi ệt Nam Hi ện thơng tin di động có số công ty Việt Nam thử nghiệm Wimax ứng dụng công ngh ệ OFDM VDC,VNPT  Các hướng phát triển tương lai Kỹ thuật OFDM đề cử làm phương pháp điều chế sử dụng mạng thông tin thành thị Wimax theo tiêu chuẩn IEEE.802.16a h ệ th ống thông tin di động thứ (4G) Trong hệ thông thông tin di đ ộng thứ 4, Kỹ thu ật OFDM kết hợp với công nghệ anten phát thu (MIMO technique).Nh ằm nâng cao dung lượng kênh vô tuyến kết hợp với công nghệ CDMA nhằm phục vụ đa truy cập mạng Một vài hướng nghiên cứu với mục đích thay đ ổi phép 10 phương pháp đồng dựa vào tín hiệu dẫn đường (pilot) phương pháp dựa vào tiền tố lặp CP (Cyclic Prefix) • Đồng thời gian dựa tín hiệu pilot: dùng cho hệ thống thông tin OFDM/FM, tức hệ thống sử dụng OFDM truyền dạng điều tần FM Theo đó, phía phát mã hố số kênh dành riêng với tần số biên độ biết trước Sau này, kỹ thuật điều chỉnh để sử dụng cho truyền dẫn tín hiệu OFDM điều chế biên độ • Đồng thời gian dựa vào tiền tố lặp CP (Cyclic Prefix): sử dụng tiền tố lặp, chèn vào thời điểm ban đầu ký hi ệu OFDM thứ N chuỗi bảo vệ GI (Guard interval) Nhiễu pha sóng mang Nhiễu pha sóng mang tượng xoay pha sóng mang s ự khơng ổn định dao động thu phát, nhi ễu pha sóng mang đ ược coi trình Wiener 1.11.2: Đồng tần số lấy mẫu (Sampling Frequency synchronization) Giải pháp thứ nhất: gọi phương pháp lấy mẫu đồng Synchronized sampling, sử dụng thuật toán điều khiển dao động điều chỉnh điện áp (voltage-controlled oscillator) Hình 1.31: Sơ đồ máy thu sử dụng phương pháp lấy mẫu đồng Giải pháp thứ hai: lấy mẫu không đồng - Non Synchronized Sampling thực xử lý số để đạt đồng tần số lấy mẫu giữ cố định tần số lấy mẫu 36 Hình 1.32: Sơ đồ máy thu sử dụng phương pháp lấy mẫu khơng đồng 1.10.3: Đồng sóng mang (Carrier synchronization) Đồng tần số sóng mang vấn đề định hệ th ống thông tin đa sóng mang Có hai ngun nhân dẫn đễn việc đồng b ộ sóng mang, là: Sự suy giảm biên độ sóng mang thu (do thời ểm l mẫu máy thu không nằm vào đỉnh xung sinc [sinc (x) = sin x / x]) nhi ễu kênh lân cận ICI ) Trong đồng tần số sóng mang, người ta quan tâm đến hai v ấn đ ề chính: lỗi tần số thực ước lượng tần số • Lỗi tần số: lệch tần số gây sai khác hai dao động bên phát bên thu, độ dịch tần Doppler nhiễu pha kênh khơng tuyến tính Hai ảnh hưởng lỗi tần số gây suy gi ảm biên đ ộ tín hi ệu tín hiệu (có dạng hàm sinc) lấy mẫu không ph ải đ ỉnh t ạo nhiễu xuyên kênh ICI kênh nhánh tính trực giao sóng mang nhánh • Thực ước lượng tần số: Cũng giống đồng thời gian, chia giải pháp để ước lượng tần số thành hai loại: dựa sử dụng tín hiệu pilot sử dụng CP Vì đồng tần s ố yêu cầu c ốt y ếu hệ thống thông tin đa sóng mang Nhận xét : Một vấn đề cần quan tâm đến mối quan hệ đồng b ộ ký tự đồng tần số sóng mang Để giảm ảnh hưởng đồng tần số sóng mang giảm số lượng sóng mang, tăng khoảng cách hai sóng mang cạnh Nhưng giảm số sóng mang phải gi ảm chu kỳ m ỗi ký t ự sóng mang, dẫn đến việc đồng ký tự khó khăn ph ải ch ặt chẽ Điều chứng tỏ hai vấn đề đồng có quan hệ chặt chẽ l ẫn nhau, cần phải có dung hòa hợp lý để hệ thống đạt tiêu kỹ thuật đề 1.12: Tổng kết chương Trong chương giới thiệu tổng quan đồng b ộ m ột s ố phương pháp đồng cho hệ thống OFDM Đồng ký tự đồng thời gian khắc phục lỗi thời gian Vấn đề đồng b ộ th ời gian tương 37 đối dễ thực đồng tần số mà cụ thể đồng tần số sóng mang Có nhiều phương pháp ước lượng khoảng dịch tần số sóng mang, trình bày số phương pháp dựa CP, d ựa liệu 38 CHƯƠNG 2: ỨNG DỤNG TRONG TRYỀN HÌNH SỐ MẶT ĐẤT DVB_T 2.1: Giới thiệu chương Truyền hình số phương pháp hoàn toàn mới,trên th ể gi ới nhà điều hành cáp,vệ tinh,trên mặt đất chuy ển đ ộng đ ến môi tr ường số,nó làm thay đơi cách sống hàng trăm tri ệu gia đình th ế gi ới.Các cơng ty cho hội tụ máy tính cá nhân,máy thu hình Internet b đ ầu điều dẫn đến chun hố cực đại máy tính.Đối v ới người tiêu dùng,kỷ nguyên số nâng cao việc xem truyền hình ngang v ới chất lượng chiếu phim,âm ngang với chất lượng CD v ới hàng trăm kênh truyền hình nhiều dịch vụ mới.Truyền hình số cho thuê bao xem đ ược nhiều chương trình truyền hình với chất lượng cao Truyền hình số có chất lượng truyền liệu cao,cho phép cung cấp n ội dung đa phương tiện phong phú người xem truyền hình có th ể l ướt qua Internet máy thu hình, nhờ có kỹ thuật nén,có th ể phát sóng nhi ều ch ương trình truyền hình kênh sóng Các tổ chức tiêu chuẩn quốc tế sở nghiên cứu đề xuất tiêu chuẩn truyền hình số,ví dụ vài tổ chức quốc tế : o ETSI (the European Telecommunications Standards Institute) o DVB (Digital Video Broadcasting) o ATSC (the Advanced Television Systems Committee) o DAVIC (the Digital Audio Visual Council) o ECCA (the European Cable Communications Association) o CableLabs o W3C (W3 Consortium) o FCC (the Federal Communications Commission) Sự đời truyền hình số có ưu ểm vượt trội so với chu ẩn truyền dẫn phát tín hiệu truyền hình tương tự như:  Khả chống nhiễu cao  Có khả phát sửa lỗi  Chất lượng truyền hình trung thực phía thu tín hiều truy ền 39 hình số có khả phát tự sửa lỗi nên tín hi ệu khơi phục hồn toàn giống phát  Tiết kiệm phổ tần số kinh phí đầu tư cách sử dụng cơng nghệ nén MPEG-2 phương thức điều chế tín hiệu số có mức điều chế cao QBSK, QAM, 16QAM, nhờ dải tần 8Mhz có th ể tải 4-8 kênh chương trình truyền hình số chất lượng cao  Khả thực truyền hình tương tác, truyền s ố li ệu có kh ả truy cập internet Vì ưu điểm vượt trội truyền hình số so với truyền hình tương tự nên chương em trình bày truyền hình số theo tiêu chu ẩn DVB_T sử dụng kỹ thuật điều chế đa sóng mang trực giao OFDM 2.2: Tổng quan DVB_T (Digital Video Broadcasting_ Terrestrial) Truyền hình số mặt đất DVB-T (Digital Video Broadcasting) tiểu chuẩn hoá vào năm 1997 Viện tiêu chuẩn truyền thông châu Âu (ESTI: European Telecommunication Standards Institute) DVB-T thích ứng v ới truy ền hình băng tần gốc từ ngõ ghép MPEG-2 thành đặc tính m ặt đ ất truyền dẫn với băng tần UHF VHF Sự truyền dẫn hệ th ống quảng bá truyền hình số mặt đất tương đối đặc biệt Do hi ện tượng phản xạ nhiều l ần tín hiệu, can nhiễu nghiêm trọng Để giải vấn đề này, hệ th ống sử dụng phương thức xử lý OFDM – ghép kênh phân chia theo tần s ố tr ực giao Hinh 2.1 Sơ đồ khối máy phát DVB-T 40 Thế hệ máy phát số DVB-T đời khắc phục nhược ểm c hệ máy phát tương tự khả mang nhiều chương trình m ột kênh RF, hỗ trợ khả thu tín hiệu đa đường thu di động… Về cấu trúc máy phát số DVB-T máy phát hình tương tự gi ống điểm khác biệt phần điều chế Hình 2.2 bi ểu di ễn s đ kh ối b ộ điều chế DVB-T Hình 2.2 Sơ đồ khối điều chế số DVB-T Có hai kiểu tín hiệu sử dụng truyền dẫn là: ki ểu 2K 8K Thơng số Số sóng mang thực tế Kiểu 8K Kiểu 2K 6817 1705 Chu kỳ ký tự T 896 s 224 s Khoảng bảo vệ T/4, T/8 Khoảng cách sóng mang (1/T) Khoảng cách sóng mang ngồi Phương thức điều chế 1116 MHz 7,61 MHz T/4, T/8, T/12 4464 MHz 7,62 MHz QPSK,16- QPSK,16- 64QAM 64QAM 2.2: Tính trực giao sóng mang OFDM DVB_T Việc dử dụng số lượng lớn sóng mang tưởng chừng khơng có tri ển vọng thực tế khơng chắn, có nhiều b ộ ều ch ế gi ải điều chế lọc kèm theo, đồng thời phải cần dải thơng l ớn h ơn để chứa sóng mang Nhưng vấn đề gi ải quy ết cácd sóng mang đảm bảo điều kiện đặt đặn cách khoảng , v ới 41 khoảng symbol hữu dụng, điều kiện trực giao sóng mang hệ thống ghép kênh phân chia tần trực giao, hình 2.3 bi ểu di ễn hình ảnh phổ tín hiệu 16 sóng mang trực giao d ải kênh truyền đẫn phổ tín hiệu RF máy phát số DVB_T có dải thơng 8Mhz Các thành phổ máy phát số DVB_T (gồm hàng ngàn sóng mang con) chi ếm hết dải thơng 8Mhz Hình 2.3: Phổ tín hiệu OFDM với số sóng mang N=16 phổ tín hiệu RF thực tế 2.3: Biến đổi IFFT điều chế tín hiệu DVB_T Như trình bày chương trước, chất q trình tạo tín hiệu OFDM phân tích chuỗi bit đầu vào thành sóng mang đ ược ều ch ế theo kiều miền thời gian liên tục Tuỳ thu ộc vào kiêu ều ch ế m ỗi tổ hợp bít chuỗi bít đầu vào gán cho tần s ố sóng mang, v ậy sóng mang tải số lượng bit có định Nhờ định vị (Mapper) ều ch ế M- QAM, sóng mang sau điều chế QAM s ố ph ức đ ược x ếp vào bi ểu đồ chòm theo quy luật mã Gray trục Re (thực) Im( ảo) V ị trí c điểm tín hiệu (số phức) biểu đồ chòm phản ánh thông tin v ề biên độ pha sóng mang Q trình biến đơi IFET biến đ ổi s ố ph ức biểu diễn sóng mang miền tần số thành số phức bi ểu ễn sóng mang miền thời gian rời rạc (Hình 2.3 cho ta th ph ổ c symbol OFDM ) Trong thực tế thành phần Re Im bi ểu di ễn chuỗi nhị phân điều chế IỌ sử dụng để điều chế sóng mang biểu diễn băng chuỗi nhị phân Chuỗi nhị phân sau điều ch ế IQ bi ến đổi D/A để nhận tín hiệu băng tần Q trình xử lý phía thu DVB-T thực hi ện bi ển đ ổi FFT đ ể t ạo điểm điều chế phức sóng mang phụ symbol OFDM, sau gi ải định vị (Demapping) xác định biểu đồ bit tương ứng tổ hợp bit c ộng lại để khôi phục dòng đữ liệu truyền 42 2.4: Lựa chọn điều chế sở Tại symbol, sóng mang điều chế m ột số phức l từ tập chòm Tuỳ thuộc vào kiểu điều chế sở chọn QPSK, 16QAM hay 64QAM sóng mang vận chuyển số bit đữ li ệu 2, ho ặc bit Tuy nhiên với cơng suất phát có định, có nhi ều bit đ ữ li ệu m ột symbol điểm chòm gần kh ả ch ống l ỗi b ị giảm Do cần có cân đối tốc độ mức độ lỗi Với mơ hình điều chế không phân cấp luồng số li ệu đầu vào đ ược tách thành nhóm có số bit phụ thuộc vào kiêu điều chế c s Mỗi nhóm bit mang thơng tin pha biên độ sóng mang tương ứng v ới m ột ểm biều đồ chòm Hình 2.4 bi ểu điễn chòm c ều ch ế QPSK(4 QAM), 16-QAM 64-QAM không phân cấp Trong mơ hình ều chế phân cấp, hai luồng số liệu độc lập truyền thời ểm Lng đ ữ liệu có mức ưu tiên cao(HP) điều chế QPSK luồng có mức ưu tiên th ấp điều chế 16-QAM 64-QAM Hình 2.4: Biểu diễn chòm điều chế QPSK, 16-QAM 64-QAM Hình 2.5: Biếu diễn chòm điều chế phân cấp 16-QAM với 43 2.5: Số lượng, vị trí nhiệm vụ sóng mang Tín hiệu truyền tổ chức thành khung (Frame) Cứ khung liên tiếp tạo thành siêu khung Mỗi khung chứa 68 ký tự OFDM miền thời gian (được đánh số đến 67) Mỗi symbol chứa hàng ngàn sóng mang (6817 sóng mang cho chế độ 8k, 1705 sóng mang với chế độ 2k) nằm dày đặc dải thông MHz (Việt Nam chọn dải thơng MHz) Hình 2.6 bi ểu di ễn phân b ố sóng mang DVB-T theo thời gian tần số Như m ột ký tự OFDM chứa: Hình 2.6: Phân bố sóng mang DVB-T (chưa chèn khoảng bảo v ệ) - Các sóng mang liệu (video,audio,…) điều chế M-QAM Số lượng sóng mang liệu 6048 với 8K, 1512 với 2K - Các pilot liên tục: bao gồm 177 pilot với 8K, 45 pilot v ới 2K Các pilot có v ị trí cố định dải tần 8MHz cố định biểu đồ chòm đ ể đầu thu sửa lỗi tần số, tự động điều chỉnh tần số (AFC) sửa lỗi pha Các pilot rời rạc (phân tán): bao gồm 524 pilot với 8K, 131 pilot v ới 2K có v ị trí cố định biểu đồ chòm Chúng khơng có vị trí cố định mi ền tần số, trải dải thông 8MHz Khác với sóng mang chương trình, pilot khơng ều ch ế QAM, mà ch ỉ ều chế BPSK với mức công suất lớn 2,5 dB so v ới sóng mang khác Hình 2.7 biểu diễn phân bố sóng mang pilot rời rạc liên tục với mức cơng suất l ớn h ơn sóng mang liệu 2,5 dB - - Hình 2.7: Phân bố pilot DVB-T Các sóng mang thơng số phát TPS (Transmissian Parameter Signalling) chứa nhóm thơng số phát điều chế BPSK biểu đồ chòm sao, chúng nằm trục thực Sóng mang TPS bao gồm 68 sóng mang ch ế đ ộ 8K 17 sóng mang chế độ 2K Các sóng mang TPS khơng nh ững có v ị 44 trí cố định biểu đồ chòm sao, mà hồn tồn c ố định v ị trí xác đ ịnh dải tần 8MHz Hình 4.3 biểu diễn vị trí pilot sóng mang TPS điều chế BPSK Hình 2.8: Phân bố pilot DVB-T biểu đồ chòm 2.6: Chèn khoảng thời gian bảo vệ Trong thực tế khoảng tổ hợp thu trải dài theo ký tự khơng ch ỉ có nhiễu ký tự (ISI) mà nhiễu tương hỗ sóng mang (ICI) Để tránh nhiễu người ta chèn thêm khoảng bảo vệ (Guard Interval duration) ∆ trước ký tự để đảm bảo thông tin đến từ m ột ký t ự xu ất cố định Hình 2.9: Phân bố sóng mang DVB_T (chưa chèn khoảng b ảo v ệ) 45 Hình 2.10: Phân bố sóng mang chèn thêm khoảng thời gian bảo vệ Mỗi khoảng symbol kéo thêm vượt q kho ảng tổ h ợp máy thu 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 h ợp đến từ symbol tiêu chuẩn trực giao thoả mãn ICI ISI ch ỉ 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 có giá tr ị khác theo quy định DVB-T : 1/4, 1/8, 1/16, 1/32 Khi chênh lệch thời gian tia sóng đến đầu thu không v ượt khoảng thời gian bảo vệ , máy thu hồn tồn khắc phục tốt hi ện tượng ph ản xạ (xem hình 2.8) Thực chất, khoảng thời gian bảo vệ khoảng th ời gian trống khơng mang thơng tin hữu ích Vì vậy, chế độ phát, l ớn, thơng tin hữu ích ít, số lượng chương trình gi ảm Nhưng l ớn kh ả khắc phục tia sóng phản xạ từ xa đến hi ệu V ới s dụng kỹ thu ật ghép đa tần trực giao với thông số khoảng th ời gian bảo vệ tạo ti ền đ ề cho việc thiết lập mạng đơn tần DVB-T Các máy phát thuộc mạng đơn tần phát kênh sóng, thuận lợi cho quy hoạch ti ết ki ệm tài nguyên tần số Hình 2.11: Các tia sóng đến khoảng bảo vệ 2.7: Tổng vận tốc dòng liệu máy phát số DVB-T Thơng thường, thông tin kênh cao tần 8MHz máy phát DVB-T phụ thuộc vào tổng vận tốc dòng liệu mà có khả truyền tải có th ể thấy tham số phát kiểu điều chế, tỷ lệ mã khoảng th ời gian bảo v ệ định khả Bảng 2.6 thống kê tổng vận t ốc dòng d ữ li ệu máy phát DVB-T tải từ 4,98 Mbit/s đến 31,67 Mbit/s kênh cao t ần 8MHz với nhóm thơng số khác 46 Bảng 2.12: Tổng vận tốc dòng liệu Chế độ phát 2K sử dụng 1705 sóng pilot Trong chế độ 8K s ố sóng mang d ữ liệu gấp lần chế độ 2K thời gian để truyền hết s ố lượng sóng mang gấp lần nên tổng vận tốc dòng liệu ki ểu 2K mang, có 1512 sóng mang liệu 193 sóng mang tham s ố phát pilots Chế độ phát 8K sử dụng 6817 sóng mang, có 6048 sóng mang liệu 769 sóng mang tham số phát 2.8: Tổng kết chương Hệ thống DVB-T sử dụng kỹ thuật OFDM, thông tin cần phát đ ược phân chia vào lượng lớn sóng mang Các sóng mang ch ồng lên miền thời gian tần số mã hoá riêng biệt, giao thoa ảnh hưởng đến vài sóng mang tối thiểu hố âm nhi ễu Như xét chương trước , ta thấy việc ứng dụng OFDM có hiệu l ớn truy ền hình số mặt đất (DVB-T), nhờ khả chống lại nhiễu ISI,ICI gây hi ệu ứng đa đường 47 CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG VÀ DEMO CHƯƠNG TRÌNH MƠ PHỎNG, ĐÁNH GIÁ CỦA ĐỀ TÀI 48 Kết luận Kỹ thuật ghép kênh phân chia theo tần s ố trực giao – OFDM m ột kỹ thu ật đại với nhiều ưu điểm bật Tuy nhiên, để ứng dụng kỹ thuật vào thực tế phải giải số vấn đề kỹ thuật Đồ án tốt nghiệp em tìm hiểu số vấn đề kỹ thuật hệ th ống OFDM là: ước lượng kênh, đồng ứng dụng OFDM truyền hình số mặt đất DVB-T 49 Tài liệu tham khảo https://www.wikipedia.org/ Nghiên cứu OFDM- www.4tech.vn Tổng quan OFDM ứng dụng truyền hình số mặt đất – Huỳnh Thị Huỳnh Dương 50 ... sóng mang tín hiệu OFDM Sơ đồ khổi hệ thống OFDM dùng FFT Các phương thức điều chế Sơ đồ điều chế BPSK Dạng sóng tín hiệu BPSK Biểu đồ tín hiệu BPSK Sơ đồ giải điều chế BPSK Sơ đồ điều chế QPSK... Biểu đồ tín hiệu BPSK Sơ đồ giải điều chế BPSK Sơ đồ khối chức điều chế QAM Dạng tín hiệu điều chế 8-QAM Biểu đồ tín hiệu QAM Sơ đồ giải điều chế QAM Sơ đồ dạng sóng tín hiệu điều chế ASK Biểu đồ. .. nhiễu ICI hệ thống OFDM Mô tả tiền tố lặp Sơ đồ máy thu sử dụng phương pháp lấy mẫu đồng Sơ đồ máy thu sử dụng phương pháp lấy mẫu không đồng Sơ đồ khối máy phát DVB-T Sơ đồ khối điều chế số