Kỹ thuật OFDM và thực hiện đồng bộ OFDM trên bo mạch DSP TMS320C6416m DSK

ĐẠI H Ọ C Q U Ố C G IA HẢ N Ộ I TRƯỜNG Đ A• I HỌC CƠNG NGHÊ• é NGUYỄN XUÂN QUỲNH ĐẺ TÀI: KỶ THUẢT OFDM VÀ TH ỤC HIÊN ĐỊNG BƠ• • • • OFD\1 TRÊN BO IMACM DSP TMS320C6416 DSK • Ngành : Điện tử - Viển (hông Chuyên ngành: Kỹ thuật Điện tử Mã sổ: 60 52 70 L U À• N VĂN T H A• C s ĩ N G Ư Ở H Ư Ớ N G D ẢN K H O A H Ọ C: Tiến sĩ N G Ư Y Ế N V Á N Đ Ứ C DAI HỌC Quốc G*A ‘•'-V ĨIVUMG ĨÁiVr THỊNG IIN »Hư VlEN L Y x iO / âũ3.4 Hà Nội • - 2009 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan với nhà trường đề tài tơi hồn tồn tự nghiên cứu tìm hiểu viết tài liệu đặc biệt có hướng dần tận tình cùa Thầy giáo Nguyền Văn Đức, không chép của bất cử luận văn khác Hà nội ngày tháng năm 2009 Nguyễn Xuân Quỳnh M Ở Đ ÀU Trong hoàn cảnh khoa học công nohệ ngày phát triển, thông tin đóna, vai trị quan trọng Mọi tồ chức, cá nhân ln cần đến thơng tin nhu cầu thiếu sống Có nhiều phương thức để truyền thơng tin kênh vô tuyến, hữu tuyến, vệ tinh 01 DM phương pháp điều chế phố biến truyền thông số băng rộng kể cà vô tuyến hữu tuyến, chẳng hạn WÍMAX ADSL Một số ứng dụng sứ dụng OFDM truyền hình sổ, phát quảng bá mạng khônt» dây, truy nhập internet băng rộng Trong hệ thống OFDM kỹ thuật đồng quan trọng, có nhiều giải pháp đề giải vấn đề này, xử lý đồng OFDM DSP hiệu Với kỳ thuật DSP thực nhiều ứng dụng khác Đây phương pháp xử lý sổ tín hiệu, tùy theo u cầu cụ thể mà ta phai thực bàng chương trình nạp cho hệ thống đề xứ lý Ưu điểm phương pháp xử lý phần mềm dựa bo mạch DSP chuyên dụng mà ta cần Trên điều kiện mà em chọn đề tài “ Kỹ thuật OFDM xử lý đồng OFDM bo mạch DSP TMS320C6416 DSK” Em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới TS Nguyễn Văn Đức người đà tận tình hướng dẫn em suốt q trình hồn thành đề tài Em xin chân thành cảm ơn thầy cô giáo khoa Điện tử viễn thông giúp đỡ em thời gian qua.Em xin gửi lời cảm ơn tới gia đình, bạn bè người thân - nhừng người dã giúp đờ động viên tơi q trình học tập Hà nội 5/2009 Học viên Nguyễn Xuân Quỳnh MỤC ế LỤC • Chương LÝ TI ỈUYÉT KỲ THUẬT OF D M 1.1 Giới thiệu kỹ thuật điểu chế O FD M .1 ỉ Những nguyên lý b n 1.2.1 Sự trực giao hai tín h iệ u 1.2.2 Điều chế O F D M 1.2.3 Thực điều chế OFDM bàng biến đôi ID FT 1.2.4 Giải điều chế OF D M 1.2.5 Thực giải điều chế bang phép biển đôi D F T 1.3 Kết luận Chương CÁC VÀN ĐÈ KỲ THUẬT TRONG H Ệ THỐNG OFDM 2.1 Hệ thống vô tuyến sử dụng kỹ thật O F D M 2.1.1 Sơ đồ khối chức n ă n g 2.1.2 Chuồi bảo v ệ 10 2.1.3 Khôi phục kênh truyền cân bang kên h 12 2.2 Hệ thống thu phát OFDM s ố 14 2.2.1 Mơ hình hệ thống xử lý tín hiệu 14 2.2.2 Mơ hình hệ thống thu phát O F D M .17 2.3 Vấn đề dồng giài pháp 18 2.3.1 Đồng kỳ tự 19 2.3.1.1 Lỗi thời g ia n 19 2.3.1.2 Nhiễu pha sóng m a n g 21 2.3.2 Đồng tần số lấy m ẫ u 21 2.3.3 Đồng tần sổ sóng m ang 22 2.3.3.1 Lỗi tần s ổ 22 2.3.3.2 Thực ước lượng tần số 23 2.3.4 Ảnh hưởng sai lỗi đồng đến chì tiêu chất lượne hệ thống OF D M 24 2.4 Kết luận 26 Chương PHƯƠNG PHÁP ĐỊNG BỘ SỪ DỤNG TIỀN TĨ L Ặ P 27 Chương THỰC' HIỆN ĐỎNG BỘ TRÊN D S P 30 4.1 Đặc điểni cùa dòng TMS320C6416 30 1 Giới thiệu 30 ] Tổng quan phần cứng 30 4.1.3 Khối xử lý trung tâm T M S320C 6416 32 ỉ Bộ n h .33 4.1.5 A IC 23 34 4.1.6 P C L D 35 4.1.7 Cạc mờ rộng ( daughter ca rd ) 35 4.2 Môi trường làm việc với T M S320C 6416 36 4.2.1 Giới thiệu 36 4.2.2 Chu trình làm việc với T M S320C 6416 37 4.2.3 Cấu hình hệ thống (Creating a system conÍ1 ju r a tio n ) 38 4.2.4 Khởi tạo Project m ới 40 4.2.5 Xây dựng chạy chươniỉ trình 41 4.2.6 Lựa chọn câu hình hoạt động Project 44 4.2.7 Thay đổi cấu hình hoạt động Project 44 4.2.8 Add cấu hình hoạt dộng cho P ro ject 44 4.2.9 Thay đồi cấu hình cho D S K 45 4.2.10 Điểm tạm dùng chương trìn h 45 4.2.11 Điểm thăm dò (Probe Point) 46 4.2.12 Cửa sổ quan sát hoạt động chương trình (Watch Window) .48 4.2.13 Kết lu ận 49 4.3 Các kỷ thuật với TM S320C6416 49 4.3.1 Các mơ hình vào 49 4.3.1.1 Mơ hình vào kiểu polling 49 4.3.1.2 Ví dụ T one y 51 4.3.1.3 Mơ hình vào E D M A 55 4.3.2 Giới thiệu DSP/BIOS .57 4.3.2.1 Thành phần đặc điểm cua D SP/B IO S 57 4.3.2.2 Chuẩn bị tạo dự án làm việc với DSP/BIOS 60 4.3.2.3 Kỹ thuật vào Ping-Pong 61 4.3.2.4 Vận chuyển liệu kiểu Ping-Pong 62 4.3.2.5 Móc nối cấu hình Ping-Pong 63 4.3.2.6 Luồng điều khiển 64 4.3.3 Thực vào cho hệ thống thừ n g h iệm 65 4.3.3.1 Cấu hình cho C odec 66 4.3.3.2 Cẩu hình cho E D M A .67 4.3.3.3 Tạo ngăt cứng EDMA/Hvvi 69 4.3.3.4 Tạo ngất mềm ProcessBufferSwi 70 4.3.3.5 Chạy thử nghiệm 71 4.3.4 Xử lý dồng với TMS320C6416 71 4.3.4.1 Các nguyên nhân phải done b ộ 71 4.3.4.2 Mô tà giải p h p 72 4.3.4.3 Dòng dừ liệu phía thu phía p h t 72 4.3.4.4 Code đông thực D S P .75 4.4 Kêt q u ả 79 4.5 Kết lu ận .84 KÉT L U Ậ N 85 TÀI LIỆU THAM KHẢO 87 PHỤ LỤC- Một số hàm xử l ý .88 DANH MỤC HÌNH VẺ I linh 1.1: Mật độ phổ lượng tín hiệu điều chế đa sóng mang O F D M Hình 1.2: Bộ điều chế O FD M Hình 1.3: Bộ giải điều chế O FD M .6 Hình 2.1: Hệ thống vơ tuyến sử dụng kỳ thuật O F D M Hình 2.2: Chuồi bảo v ê 11 Hình 2.3: Tác dụng loại bỏ ISI chuồi bao vệ 11 Hình 2.4: Khôi phục kênh truyền cân bang kênh 13 Hình 2.5: Hệ thống xử lý tín hiệu 14 Hình 2.6: Xử lý theo frame thời hạn thời gian th ự c 16 Hình 2.7: Tăng hiệu đê đạt yêu cẩu thời gian thự c 17 Hình 2.8: Mơ hình Hệ thống thu phát O F D M 17 I lình 2.9: Sơ đồ máy thu sử dụng phư ơng pháp lấy mầu đồng b ộ 22 ỉ lình 2.10: Sơ đồ máy thu sử dụng phương pháp lấy mẫu khơng đồng 22 Hình 2.11 Suy hao SNR hệ thống ứng với lồi đồng khác 25 Hình 3.1 : Kỹ thuật chèn khoảng thời gian bảo vệ G I 28 Hình 3.2 Thuật tốn đồng dung tiền tố lặ p 29 Hình 4.1: Hình ành bo mạch TMS320C6416 D S K 30 Hình 4.2: Sơ đồ khối bo m c h 31 Hình 4.3: Phân vùng nhớ C 16 33 Hình 4.4: Bộ chuyển đổi số - tương tự AIC23 34 Hình 4.5: Chu trình xâv dựng phát triển sản phẩm với C C S 37 Hình 4.6 : Mơ hình vào kiểu polling 50 H hh 4.7: Codec AIC23 M cB SPs 50 H hh 4.8: Mơ hình vào E D M A 55 Hhh 4.8: Tính đa kênh cùa E D M A 56 Hình 4.10: TTC với kênh EDMA khác n h a u 56 Hình 4.11: Các đệm Ping P ong 62 Hình 4.12: Pini» pong Buffers Linked Transfer 64 Mình 4.13: Đo thi thực thi tiến trinh 65 Hình 4.14: Ngất cứng mặc định cùa EL)MA Controller 69 Hình 4.15: c ấ u hình ngắt cứng edm a 70 I ỉình 4.16 Tạo đối tượng ngất mềm tronu cơng cụ cấu hình SP/BIOS 70 Hình 4.17: Sơ đồ chạy thử nghiệm vào r a .71 Hình 4.18: dịng dừ liệu phía phát 72 Hình 4.19: Dịng dừ liệu phía thu 73 Hình 4.20 : Xác định điểm đầu khung bàne,lấy tương quan tiền tố lặp 74 Hình 4.21 Kết thu sau dồng bao g m 74 Hình 4.22 Ket lấy tương quan cyclic prefix D SP 75 Hình 4.23 Chương trinh phía phát 80 Hình 4.24 Chưcmg trình phía t h u 81 Hình 4.25 Kết phía th u 82 I linh 4.26: Sử dụng cứa sổ Watch Window đếquan sát giá trị Ọ A M 83 Danh mục hunu Bảng 2.1 Suy giám SNR theo lồi đồng 24 Bảng 4.1 : Các mô đun API DSP/BIOS 58 BẢNG CÁC TỪ VIÉT TAT BSL Analog to Digital Application Programm ing 1nterface additive white Gaussian noise Board Support Library CCS COFDM CP CSL Code Composer Studio Code OFDM cyclic prefix Chip Support Library A/D API A WON D/A DFT EDMA EM FIB EMI FA HW1 ICI IDFT IF FT ISI JTAG LED McBSP ML M-QAM o r DM PLL tuong tu / sơ Giao diện lập trình ứng dụng tạp âm Gausse trăng cộng sinh Thu viện hàm hồ trợ board Tiên tô lặp Thư viện hàm hồ trợ Chip Digital to Analog Sô - tươnu tự Discrete Fourier Phép biên đôi F rời rạc Transform Enhanced Direct Truy cập trực tiêp Memory Access nhớ nàng cao External Memory Interface B External Memory Giao diện kêt nơi vói nhó ngồi Interface A I lardware Interupt Ngăt mêm Intercarrier interference Nhièu liên song mang Inverse Discrete Fourier Phép biến đôi Fourier Transform ròi rạc ngược Inverse Fast Fourier Biên dòi F nhanh Transform In ter Symbol Nhiễu liên kí hiệu Interference Joint Test Action Group Chuân giao tiêp (USB) Light Emitting Diode Đèn diode phát quang Multichannel buffered serial ports Maximum Likehood M-ary QAM Màng giá trị qam Orthogonal frequency Diêu chê da song mang division multiplexing trực giao Phase Lock Loop khoá pha 81 Phia thu Sau thực đồng bộ, hồi phục lại liệu ban đâu ta thu kết hình vẽ Dòng liệu sau giải điểu chế ỌAM là: Out - [40, 30, 20, 10Ị ‘JiBSKMH/DSP C M u C ế ta Cạdc Compoicf Stuđta ịửik dppc%j£ỊJ ịỳHt íJ r *