Nghiên cứu OFDM và ứng dụng trong truyền hình số mặt đất DVB t

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI BÙI MINH QUYẾT NGHIÊN CỨU OFDM VÀ ỨNG DỤNG TRONG TRUYỀN HÌNH SỐ MẶT ĐẤT DVB-T Chuyên ngành: Kỹ thuật truyền thông LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT KỸ THUẬT TRUYỀN THÔNG NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS LÊ DŨNG HÀ NỘI – 2014 MỤC LỤC MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT DANH MỤC BẢNG BIỂU 11 DANH MỤC HÌNH VẼ 12 LỜI NÓI ĐẦU 14 CHƯƠNG 17 TỔNG QUAN VỀ OFDM 17 1.1 Giới thiệu chương 17 1.2 Sơ lược OFDM 17 1.3 Các khái niệm liên quan đến OFDM 18 1.3.1 Hệ thống đa sóng mang 18 1.3.2 Ghép kênh phân chia theo tần số FDM 18 1.4 Biểu diễn toán học tín hiệu OFDM 19 1.4.1 Trực giao 19 1.4.2 Tạo sóng mang sử dụng IFFT 20 1.5 Khoảng thời gian bảo vệ mở rộng chu kỳ .22 1.6 Điều chế OFDM 25 1.6.1 Điều chế QPSK .25 1.6.2 Điều chế QAM 27 1.7 Hệ thống OFDM băng gốc 28 1.7.1 Sơ đồ hệ thống OFDM băng gốc .28 1.7.2 Biểu diễn tín hiệu 28 1.8 Đánh giá kỹ thuật OFDM 30 1.8.1 Ưu điểm 30 1.8.2 Nhược điểm .31 1.9 Kết luận chương 31 CHƯƠNG 32 ƯỚC LƯỢNG KÊNH, ĐỒNG BỘ TRONG OFDM 32 2.1 Giới thiệu chương 32 2.2 Tổng quan kênh vô tuyến 32 2.2.1 Suy hao 32 2.2.2 Bóng mờ Fading chậm 33 2.2.3 Ảnh hưởng đa đường Fading nhanh 33 2.2.4 Độ trải trễ 34 2.2.5 Độ dịch Doppler 34 2.2.6 Fading lựa chọn tần số Fading phẳng 35 2.3 Mơ hình kênh ước lượng kênh 36 2.3.2 Ước lượng kênh .36 2.3.3 Các phương pháp ước lượng kênh 38 2.4 Tổng quan đồng hệ thống OFDM 45 2.4.1 Nhận biết khung 45 2.4.2 Ước lượng khoảng dịch tần số 46 2.4.3 Bám đuổi lỗi thặng dư FOE 48 2.4.4 Đồng thời gian 50 2.4.5 Đồng tần số 56 2.6 Kết luận chương 59 CHƯƠNG 61 ỨNG DỤNG OFDM TRONG TRUYỀN HÌNH SỐ MẶT ĐẤT DVB-T 61 3.1 Giới thiệu chương 61 3.2 Tổng quan DVB-T 61 3.3 Phương pháp COFDM 63 3.3.1 Tín hiệu COFDM 63 3.4 Tổ chức kênh DVB-T 67 3.4.1 Phân chia kênh .67 3.4.2 Các sóng mang phụ 68 3.4.3 Chèn khoảng bảo vệ 69 3.4.4 Đồng kênh truyền .69 3.4.5 Tín hiệu tham số truyền TPS 71 3.4.6 Cấu trúc khung 73 3.5 Nâng cao chất lượng hệ thống OFDM BICM-ID .74 3.5.1 Bộ mã BICM truyền thống 75 3.5.2 Giải mã BICM truyền thống 77 3.5.3 Sự suy giảm chất lượng BICM kênh Gauss 78 3.5.4 BICM-ID 78 3.6 Kết luận chương 82 KẾT LUẬN 83 Tóm tắt kết luận văn 83 Hạn chế luận văn 83 Hướng mở luận văn .84 TÀI LIỆU THAM KHẢO 85 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan nội dung luận văn “Nghiên cứu OFDM ứng dụng truyền hình số mặt đất DVB-T” cơng trình nghiên cứu thực cá nhân tôi, sở nghiên cứu lý thuyết thực hướng dẫn TS Lê Dũng Tôi xin chịu trách nhiệm với toàn nội dung luận văn Học viên Bùi Minh Quyết DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT A AM Amplitude Modulation Điều biên AMPS Advaced Mobile Phone System Hệ thống điện thoại tiên tiến APR Access Point Repeater Bộ lặp điểm truy nhập ASK Amplitude Shift keying Khóa dịch biên AWGN Additive White Gaussian Noise Nhiễu tạp âm trắng B BER Bit Error Rate Tỉ lệ lỗi bít Bps Bits per second Bít giây BPSK Binary Phase Shift Keying Khóa dịch pha nhị phân BS Base Station Trạm gốc BSC Base Station Controller Bộ điều khiển trạm gốc BTS Base Transmission Station Trạm phát gốc C CDMA Code Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo mã CIR Đáp ứng xung kênh Channel Impulse Response Đơn vị dung lượng CU D DAB Truyền số quảng bá Digital Audio Broadcasting DC Direct Current (0 Hz) Dòng điện chiều DFT Discrete Fourier Transform Phép biến đổi Fourier IDFT Inverse Discrete Fourier Transform Phép biến đổi ngược Fourier DRM Digital Radio Mondiale Hệ thống phát số đường dài Direct Sequence Code Division Đa truy nhập phân chia theo Multiple Access mã dãy trực tiếp DSP Digital Signal Processing Xử lý tín hiệu số DSSS Direct Sequence spread Spectrum Trải phổ chuỗi trực tiếp DVB Digital Video Broadcasting Truyền hình số quảng bá DVB-C Digital Video Broadcasting – Cable Truyền hình số quảng bá cáp DVB-S Digital Video Broadcasting - Satelite Truyền hình số quảng bá vệ DS-CDMA tinh DVB-T Digital Video Broadcasting-Terrestrial Truyền hình số quảng bá mặt đất E ETSI EBNR European Telecommunications Viện tiêu chuẩn viễn thông standards Institute châu âu Energy per Bit to Noise Ratio Tỉ lệ lượng bit tạp âm EDGE Enhanced Data Rate for Global Tốc độ liệu cao cho Evolution phát triển toàn cầu F FDD Frequency Division Duplexing Song công phân chia theo tần số Frequency Division Multiplexing Đa truy nhập phân chia theo Access tần số FEC Forward Error Correction Sửa lỗi tiến FFT Fast Fourier Transform Phép biến đổi Fourier nhanh FIR Finite Impulse Response (digital filter) Bộ đáp ứng xung (lọc số) FM Frequency Modulation Điều tần Fs Sample Frequency Tần số lấy mẫu FSK Sample Frequency Khóa dịch tần FDM A G GI Guard Interval Khoảng bảo vệ GPRS Generic Packet Radio Services Dịch vụ vơ tuyến gói chung GSM Global System for Mobile Hệ thống thơng tin di động tồn cầu H HiperLAN/2 High Performance Radio Local Area Mạng cục máy tính khơng Network type dây HDTV High Definition Television Truyền hình phân giải cao HLR Home Location Rigister Bộ ghi định vị thường trú I ICI Nhiễu liên kênh Inter-Carier Interference IDM Inter-Modulation Distortion Méo điều chế tương hỗ IF Intermediate Frequency Trung tần IFFT Inverse Fast Fourier Transform Thuật toán biến đổi nhanh ngược Fourier ISI Nhiễu xuyên ký tự Inter-Symbol Interference L LOS Tầm nhìn thẳng Line Of Sight M MAC Điều khiển truy cập môi Medium Access Controller trường MIMO Multiple input multiple output Hệ thống đa anten phát, thu MS Mobile Station Thiết bị đầu cuối di động MSC Mobile Switching Centrer Trung tâm chuyển mạch di động N NMT Nordic Mobile Telephone System Hệ thống điện thoại di động Bắc Âu O OFDM COFDM Orthogonal Frequency Division Ghép kênh phân chia theo tần Multiplexing số trực giao Coded Orthogonal Frequency Division Ghép kênh phân chia theo tần Multiplexing số trực giao có mã số sửa sai P PAPR Peak to Average Power Ratio Tỷ số cơng suất đỉnh cơng suất trung bình PCS Personal Communication System Hệ thống thông tin cá nhân PCM Phase Code Modulation Điều chế xung mã PM Phase modulation Điều chế pha PRS Pseudo Random Sequence Chuỗi giả ngẫu nhiên PSK Phase Shift Keying Khóa dịch pha Q QAM Quadrature Amplitude Modulation Điều chế biên vng góc QOS Quality Of Service Chất lượng dịch vụ QPSK Quadrature Phase Shift Keying Khóa dịch pha vng góc S SER Symbol Error Rate Tỷ lệ lỗi mẫu tín hiệu SFN Single Frequency Network Mạng đơn tần SIR Signal to Interference Ratio Tỷ lệ tín hiệu nhiễu SISO Single Input Single Output Hệ thống anten phát/thu SNR Signal to Noise Ratio Tỷ lệ tín hiệu tạp âm SSB Single Side Band Điều chế đơn biên T TDD Time Division Duplexing Song công phân chia theo thời gian TDMA Time Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo Chương 3: Ứng dụng OFDM truyền hình số mặt đất DVB-T 984 1050 1101 1107 1110 1986 2027 2136 2154 2187 2229 2235 2322 2340 1137 1140 1146 1206 1269 2481 2463 2469 2484 2508 2577 2592 2622 2643 1323 1377 1491 1683 1704 2646 2673 2688 2754 2805 2811 2814 2841 2844 2850 2910 2973 3027 3081 3195 3387 3408 3456 3462 3495 3549 3564 3600 3609 3663 3687 3690 3741 3840 3858 3891 3933 3939 4062 4044 4122 4167 4173 4188 4212 4281 4296 4326 4347 4350 Vị trí sóng mang pilot 4377 4392 4458 4509 4515 4518 4545 4548 4554 4614 4677 4731 4785 4899 5091 5112 5160 5166 5199 5253 5268 5304 5313 5367 5391 5394 5445 5544 5562 5595 5637 5643 5730 5748 5862 5871 5877 5892 5916 5985 6000 6030 6051 6054 6081 6096 6162 6213 6219 6222 6249 6252 6258 6318 6381 6435 6489 6603 6795 6816 Vị trí sóng mang pilot Bảng 3.2 Vị trí sóng mang pilot 3.4.5 Tín hiệu tham số truyền TPS Tín hiệu tham số truyền TPS (Transmision Parameter Signalling) phát mang thông tin báo hiệu cho máy thu biết: • Loại điều chế QAM QPSK • Kiểu truyền khơng phân cấp phân cấp • Khoảng bảo vệ Tguard • Tốc độ mã Inner Code Rate • Truyền theo mode 2K 8K 71 Chương 3: Ứng dụng OFDM truyền hình số mặt đất DVB-T • Số frame superframe Tín hiệu tham số truyền phát song song 17 sóng mang TPS (TPS carier) cho mode 2K và68 sóng mang TPS cho mode 8K Ví trí sóng mang TPS cho bảng 3.3 Vị trí sóng mang TPS Mode 2K Mode 8K 34 50 209 346 413 569 34 50 209 346 413 569 595 688 790 901 595 688 790 901 1073 1073 1219 1262 1286 1469 1594 1219 1262 1286 1469 1687 1738 1754 1913 1050 2117 2273 1594 1687 2299 2392 2494 2605 2777 2923 2966 2990 3173 3298 3391 3442 3458 3617 3754 3821 3977 4003 4096 4198 4309 4481 4627 4670 4694 4877 5002 5095 5146 5162 5321 5458 5525 5681 5707 5800 5902 6013 6185 6331 6374 6398 6581 6706 6799 Bảng 3.3: Vị trí sóng mang TPS Trong khung OFDM, liệu TPS xác định qua 68 symbol OFDM liên tiếp, symbol OFDM mang bit TPS Mỗi khối TPS (tương ứng với khung OFDM) bao gồm 68 bit có vai trị sau: - bit bắt đầu; - 16 bit đồng bộ; - 37 bit thông tin; - 14 bit mã sửa sai Trong 37 bit thơng tin có 23 bit sử dụng 23 bit lại dự trữ đặt giá trị Định dạng nội dung thông tin TPS nêu cụ thể bảng 3.4 Bảng 5.5: Định dạng nội dung tín hiệu TPS 72 Chương 3: Ứng dụng OFDM truyền hình số mặt đất DVB-T Bảng 3.4: Định dạng – nội dung thông tin TPS 3.4.6 Cấu trúc khung Trong hệ thống DVB-T, tín hiệu phát tổ chức theo khung (frame) Mỗi khung có chu kỳ khung TF bao gồm 68 symbol OFDM Cứ khung tạo lên siêu khung Mỗi symbol OFDM tạo K = 6817 sóng mang phụ mode 8K K = 1705 sóng mang phụ mode 2K truyền thời gian TS Nó gồm khoảng thời gian: thời gian hiệu dụng để truyền tin tức symbol TU khoảng thời gian bảo vệ Tg Các symbol khung OFDM đánh số (k) từ đến 67, chúng chứa đựng liệu thông tin chuẩn bao gồm tín hiệu pilot tín hiệu tham số truyền TPS (như phân tích trên) Các sóng mang đánh số k ϵ [Kmin: Kmax] Kmin= Kmax= 1074 mode 2K 6816 mode 8K Các thông số khác nêu chi tiết bảng 3.5 73 Chương 3: Ứng dụng OFDM truyền hình số mặt đất DVB-T Bảng 3.5: Các thông số OFDM DVB-T Hình 3.10 minh họa cấu trúc khung OFDM, vị trí tín hiệu sóng mang Pilot (Pilot carriers) cho mode 2K mode 8K Mỗi hàng symbol OFDM bao gồm 1705 sóng mang cho mode 2K 6817 sóng mang cho mode 8K Khung OFDM tạo thành từ 68 symbol OFDM liên tiếp Hình 3.10: Cấu trúc khung OFDM DVB-T 3.5 Nâng cao chất lượng hệ thống OFDM BICM-ID Theo lý thuyết mã hoá, chất lượng mã khối tăng lên nhờ việc tăng chiều dài từ mã Với mã xoắn, chất lượng giải mã liên quan đến chiều dài mã Việc tăng chiều dài 74ang buộc cải thiện BER đáng kể, giá phải 74 Chương 3: Ứng dụng OFDM truyền hình số mặt đất DVB-T trả phức tạp giải mã hợp lệ cực đại ML (Maximum-Likelihood) tăng theo hàm mũ Các mã Turbo đề xuất gần giải vấn đề Trong nhiều mã xoắn có độ dài nhớ ngắn liên kết song song nối tiếp Nhờ xáo trộn ngẫu nhiên, hiệu sửa lỗi đạt không nhờ 75ang buộc chuyển dịch lưới thành phần mà nhờ tác dụng giải mã lặp Do phương pháp giải mã dùng cho mã liên kết khó thực nên phương pháp giải mã lặp sử dụng xác suất hậu nghiệm cực đại MAP (Maximum A posteriori Probability) cho giải mã riêng sử dụng nhằm tiệm cận dung lượng kênh [7, 9] Với mã thành phần đơn giản, mã Turbo đạt hiệu tốt mã có chiều dài lớn [BICM] Một giải pháp đơn giản sử dụng giải mã lặp với mã hoá liên kết, xáo trộn bít kết hợp với điều chế bậc cao Khác với mã Turbo, giải pháp sử dụng mã hố giải mã Do đó, độ phức tạp máy thu giảm đáng kể Nhìn thống qua, sơ đồ khối khơng khác nhiều với TCM (Trellis Coded Modulation) có xáo trộn symbol truyền thống đề suất Ungerboeck [10] Sơ đồ đề xuất Zehavi nhằm cải thiện chất lượng TCM kênh pha đinh Rayleigh gọi BICM [11] Tuy nhiên giá phải trả cự ly Euclid tự FED (Free-squared Euclidean Distance) giảm, dẫn đến suy giảm chất lượng truyền qua kênh Gauss không pha đinh [11,12] X.Li A.Chindapol chứng tỏ BICM, phương pháp làm hiệu băng thơng kênh pha đinh, có kết tốt kênh Gauss kênh pha đinh nhờ giải mã lặp ID Bộ mã gọi BICM-ID, nhằm tối đa hố lợi ích ID, với điểm mấu chốt thay đổi ánh xạ Gray tạo mã BICM Zehavi [13] 3.5.1 Bộ mã BICM truyền thống Hệ thống BICM thơng thường mơ hình hố liên kết nối tiếp mã chập nhị phân, xáo trộn vị trí bit, điều chế khơng nhớ, hình 3.11.Tại đầu phát, bít tin mã hoá máy mã chập 75 Chương 3: Ứng dụng OFDM truyền hình số mặt đất DVB-T xáo trộn vị trí Vai trị xáo trộn bít p để làm tăng bậc phân tập tới cự ly Hamming tối thiểu mã Cả khung bit có chiều dài khơng gian xáo trộn bit, cho N, chia thành N/m khối, khối chứa m bit Gọi vt khối m bit thời điểm phát tín hiệu thứ t, ≤ t ≤ N/m Bộ điều chế ánh xạ khối bit vt tới tín hiệu phát st = μ (vt) tập tín hiệu M mức, gọi tập S, với M = 2m Tín hiệu băng gốc nhận rt = ρtst + nt, với ρt = cho kênh Gauss ρt hệ số pha-đinh phân bố Rayleigh với E[ρt2] = kênh Rayleigh; nt tạp âm Gauss với phương sai hai phía N0/2 Tại máy thu, giá trị hợp lệ theo hàm log bit tính làm gần theo max-log sau: (3.7) với 𝑆𝑆𝑏𝑏𝑖𝑖 tập S gồm tín hiệu mà nhãn nhị phân (vt) chứa bit b ϵ {0,1 } vị trí i Nghĩa số đo bit tính cách chọn điểm tín hiệu tập 𝑆𝑆𝑏𝑏𝑖𝑖 gần với tín hiệu thu Trong hệ thống BICM thông thường, số đo nhánh lưới mã chập tổng số đo bit giải điều chế dùng để giải mã chập theo thuật tốn Viterbi Hình 3.11: Sơ đồ khối hệ thống BICM thông thường 76 Chương 3: Ứng dụng OFDM truyền hình số mặt đất DVB-T Hình 3.12: Sơ đồ khối giải mã lặp cho BICM Xét cụ thể cho điều chế 8-PSK, ký hiệu hai bít đầu vào mã hố thời điểm t ut = [𝑢𝑢𝑡𝑡1 + 𝑢𝑢𝑡𝑡2 ] bít tương ứng đầu (một symbol mã) ct = [𝑐𝑐𝑡𝑡1 , 𝑐𝑐𝑡𝑡2 , 𝑐𝑐𝑡𝑡3 ], 𝑢𝑢𝑡𝑡𝑖𝑖 , 𝑐𝑐𝑡𝑡𝑖𝑖 bit thứ i Sau xáo trộn, nhóm bít nhị phân vt = [𝑣𝑣𝑡𝑡1 , 𝑣𝑣𝑡𝑡2 , 𝑣𝑣𝑡𝑡3 ] đầu xáo trộn nhóm với thành nhóm ánh xạ tới symbol kênh phức xt chọn từ tập tín hiệu X phép gán nhãn µ (3.8) Với tập tín hiệu 8-PSK χ = (e𝑗𝑗𝑗𝑗2𝜋𝜋/8 , 𝑙𝑙 = 0, ,7) Với tách sóng tương quan (Coherent Detection), tín hiệu băng gốc rời rạc theo thời gian nhận là: yt = ρt�𝐸𝐸𝑠𝑠 𝑥𝑥𝑡𝑡 + 𝑧𝑧𝑡𝑡 (3.9) ρt hệ số pha đinh, Es lượng symbol zt nhiễu AWGN phức có mật độ phổ đơn biên N0 Với kênh AWGN ρt = Với kênh pha đinh Rayleigh không chọn lọc theo tần số ρt phân bố Rayleigh với 𝐸𝐸(𝜌𝜌𝑡𝑡2 ) = Ở đây, giả sử thơng tin kênh hồn hảo tức ρt dự đoán cách đầy đủ máy thu 3.5.2 Giải mã BICM truyền thống Do xáo trộn bít, giải mã BICM cần có giải mã chặng (joint) giải mã xoắn, phức tạp cho ứng dụng thực tế Zehavi đề suất phương pháp cận tối ưu sử dụng bước tách biệt: Tạo metricbít giải mã Viterbi [11] Từ tín hiệu nhận yt, sáu metric bít tạo ra, sử dụng quy luật ML Với bít nhị phân symbol 8PSK: (3.10) i = 1, 2, 3; b = 0,1 77 Chương 3: Ứng dụng OFDM truyền hình số mặt đất DVB-T tập tín hiệu χ𝑖𝑖𝑏𝑏 = {𝜇𝜇([𝑣𝑣 , 𝑣𝑣 , 𝑣𝑣 ])|𝑣𝑣 𝑖𝑖 } = 𝑏𝑏} Ký hiệu ≈ biểu thị thay tương đương Với 8PSK, kích thước tập χ𝑖𝑖𝑏𝑏 = Trong thực tế, phép tính tổng log (3.10) tính xấp xỉ (3.11) hay tra bảng cần xác Cuối cùng, log(yt|x) thay khoảng cách Euclid bình phương ||yt - ρtx||2 3.5.3 Sự suy giảm chất lượng BICM kênh Gauss Mặc dù BICM có chất lượng tốt kênh pha đinh nhờ độ lợi phân tập, điều không ngờ BICM suy giảm chất lượng kênh Gauss điều chế ngẫu nhiên gây xáo trộn bít [13] Nhờ xáo trộn bít giải mã tựa tối ưu, symbol tạo từ điểm tín hiệu vùng lân cận constellation hình Khoảng cách Euclid tự FED (Free Euclidian Distance) BICM xác định 𝑑𝑑𝐸𝐸2 = 𝑑𝑑𝐻𝐻 𝑑𝑑02 [5, 9], với dH khoảng cách Hamming tự mã d0 khoảng cách Euclid nhỏ điểm tập tín hiệu điều chế Với điều chế 8-PSK, 𝑑𝑑0 = 2�𝐸𝐸𝑠𝑠 𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠(𝜋𝜋/8) với ES lượng symbol kênh Nói chung, FED BICM nhỏ vài dB so với TCM tương ứng Do BICM truyền thống hiệu so với TCM kênh Gauss 3.5.4 BICM-ID Việc xáo trộn bít liên kết bít mã hố ban đầu xa symbol kênh Với xáo trộn lý tưởng, bít mã hố tạo symbol kênh độc lập, phản hồi từ vùng liệu mạnh (ít bị ảnh hưởng nhiễu kênh) loại bỏ tranh chấp điều chế bậc cao cải thiện việc giải mã vùng liệu yếu (bị ảnh hưởng lớn nhiễu kênh) Với thơng tin đầy đủcủa bít symbol kênh có nhờ giải mã hồi tiếp, điều chế 8-PSK tiến tới điều chế nhị 78 Chương 3: Ứng dụng OFDM truyền hình số mặt đất DVB-T phân cho vị trí bít Do khoảng cách điểm tín hiệu constellation tăng lên đáng kể Tuy nhiên, phản hồi chứa lỗi, nhận constellation nhị phân sai Do đó, điều quan trọng cần giảm ảnh hưởng lỗi phản hồi kiểm soát việc truyền lỗi Điều phải tính đến thiết kế hệ thống với việc phản hồi định mềm xáo trộn thiết kế tốt Mặc dù phức tạp so với phản hồi định cứng, phản hồi mềm mấu chốt để nhận tăng ích vốn có BICM việc giảm truyền lỗi Giải mã lặp sử dụng phản hồi mềm Thành công gần mã Turbo, đề xuất Hagenauer, chứng tỏ ưu điểm giải mã lặp sơ đồ liên kết Giải mã lặp cho điều chế mã đa mức nghiên cứu Seshadri Sunderberg[15] Woerz Hagenauer sử dụng độ tin cậy kết giải mã để điều khiển phản hồi [14] Như hình 3.3, máy thu sử dụng phương pháp lặp cận tối ưu thông qua tối ưu phần riêng biệt, không tách rời giải điều chế với giải mã xoắn Xác suất hậu nghiệm cho bít mã hố tính (3.12) Ban đầu, giả sử xác suất tiên nghiệm P(xt) xt Sau đó, khối SISO (Soft-Input–Soft-Output) dùng để giải mã xoắn tạo xác suất bít hậu nghiệm cho bít thơng tin bít mã hố Theo Benedetto, ta ký hiệu xác suất tiên nghiệm P(q;I ) xác suất hậu nghiệm P(q;O ) biến ngẫu nhiên q[9] Ban đầu khơng có P(𝑢𝑢𝑡𝑡𝑖𝑖 ;I) khơng dùng tồn q trình giải mã Thêm vào đó, P(𝑢𝑢𝑡𝑡𝑖𝑖 ;O) P(𝑐𝑐𝑡𝑡𝑖𝑖 ;O) thơng tin ngoại lai (cịn gọi thơng tin ngồi hay thơng tin thêm vào) [7,9] Trong chặng thứ 2, P(𝑐𝑐𝑡𝑡𝑖𝑖 ;O) P(𝑣𝑣𝑡𝑡𝑖𝑖 ;O) xáo trộn phản hồi tới giải mã Giả sử P(𝑣𝑣𝑡𝑡1 ;O), P(𝑣𝑣𝑡𝑡2 ;O), P(𝑣𝑣𝑡𝑡3 ;O) độc lập (nhờ xáo trộn tốt) với xt ∈ χ ta có : 79 Chương 3: Ứng dụng OFDM truyền hình số mặt đất DVB-T (3.13) Trong vj(xt) ∈ {0,1} giá trị bít thứ j nhãn gán cho Sử dụng (3.12) (3.13), có xác suất bít hậu nghiệm ngoại lai cho giải điều chế chặng thứ là: (3.14) với i=1,2,3; b=0,1 Do đó, tính lại metric bít cho bít, cần sử dụng xác suất tiên nghiệm bít khác symbol kênh Các metric bít tạo đưa vào giải mã lặp lại qúa trình giải điều chế giải mã Đầu giải mã cuối định cứng dựa xác suất bít ngoại lai P(𝑢𝑢𝑡𝑡𝑖𝑖 ;O), xác suất hậu nghiệm tổng P(𝑢𝑢𝑡𝑡𝑖𝑖 ;I) khơng sử dụng Trong giải mã ta sử dụng thuật tốn “log-map” [9] Tổng log cơng thức (3.12) xấp xỉ phép tính max nhờ tra bảng làm giảm đáng kể phức tạp hệ thống Gán nhãn tín hiệu (Signal Labeling) Điểm mấu chốt thiết kế phương pháp mã hoá khác làm tối ưu với phép gán nhãn (hay phương pháp ánh xạ) tập tín hiệu khác Tập Gray, tập phân hoạch SP (Set-Partitioning) bán phân hoạch SSP (Semi SP) ví dụ Các sơ đồ ánh xạ với 8-PSK mô tả hình 3.13 Vùng định bit lấy giá trị χ1𝑖𝑖 biểu thị vùng tơ mờ đường trịn đơn vị; vùng khơng tô mờ tương ứng với bit lấy giá trị χ𝑖𝑖0 Ta thấy tất sơ đồ gán nhãn có khoảng cách Euclid cực tiểu tập χ1𝑖𝑖 χ𝑖𝑖0 khác số bít khác 80 Chương 3: Ứng dụng OFDM truyền hình số mặt đất DVB-T điểm lân cận Do đó, với BICM truyền thống, phép gán nhãn Gray coi tối ưu số bít khác điểm lân cận nhỏ (bằng 1) [11,12] Hình 3.13: Các sơ đồ ánh xạ khác Với thông tin đầy đủ từ bít khác symbol, điều chế 8-PSK đưa điều chế nhị phân từ tập có điều chế nhị phân Việc giải mã lặp BICM không làm tăng khoảng cách Euclid tập mà giảm số bít khác điểm lân cận Điều cải thiện chất lượng cho kênh AWGN kênh pha đinh Hình 3.4 cho thấy tăng khoảng cách Euclid tối thiểu tập phương pháp dán nhãn khác Lúc này, phép gán nhãn Gray khơng cịn lựa chọn hồn hảo khoảng cách tối thiểu tập không tăng lên 81 Chương 3: Ứng dụng OFDM truyền hình số mặt đất DVB-T 3.6 Kết luận chương Dựa sở lý thuyết OFDM, chương trình bày ứng dụng OFDM vào hệ thống truyền hình số mặt đất DVB-T Chương giới thiệu tổng quan hệ thống DVB-T từ vào chi tiết việc tổ chức kênh bao gồm phân chia kênh, sóng mang phụ, khoảng bảo vệ, đồng bộ, TPS … qua thấy ứng dụng OFDM truyền hình số mặt đất Chương nêu lên phương pháp cải thiện chất lượng hệ thống OFDM BICM-ID Với kết cấu đơn giản mã BICM-ID, mơ hình thiết kế hồn tồn thích hợp cho hệ thống thơng tin di động 82 Luận văn nghiên cứu OFDM ứng dụng truyền hình số mặt đất KẾT LUẬN Tóm tắt kết luận văn Luận văn giới thiệu lý thuyết công nghệ OFDM hệ thống đa sóng mang, ghép kênh phân chia theo tần số FDM (Frequency Division Multiplexing), tính trực giao…Biểu diễn tốn học tín hiệu OFDM hệ thống OFDM băng sở đánh giá ưu khuyết điểm kỹ thuật OFDM Đi sâu vào tìm hiểu vấn đề khó OFDM ước lượng kênh đồng từ đưa vào áp dụng thực tế hệ thống truyền hình số mặt đất DVB-T đưa phương pháp cải thiện chất lượng hệ thống OFDM thông qua BICM-ID Hạn chế luận văn Kỹ thuật ghép kênh phân chia theo tần số trực giao OFDM kỹ thuật đại với nhiều ưu điểm bật Tuy nhiên, để ứng dụng kỹ thuật vào thực tế phải giải số vấn đề kỹ thuật ( độ nhạy với độ lệch tần số tín hiệu phát tín hiệu thu Nó ngun nhân dịch tần Doppler kênh khác tần số dao động bên máy phát máy thu Độ lệch tần số làm tính trực giao sóng mang tín hiệu phát sóng mang không độc lập với nhau, dẫn đến nhiễu sóng mang ICI) Đã có nhiều nghiên cứu đề xuất phương pháp để chống lại nhiễu ICI hệ thống OFDM Các giải pháp đề xuất để giảm ICI phân loại cân miền tần số, cửa sổ miền thời gian, phương pháp tự loại bỏ ICI (SC), phương pháp thống kê nghiên cứu để ước lượng loại bỏ ICI … Trong giới hạn luận văn em tìm hiểu số vấn đề kỹ thuật hệ thống OFDM là: ước lượng kênh, đồng ứng dụng OFDM truyền hình số mặt đất DVB-T Luận văn đưa phương pháp nhằm nâng cao chất lượng hệ thống OFDM BICM-ID nhiên chưa đưa biện pháp triển khai thực tế 83 Luận văn nghiên cứu OFDM ứng dụng truyền hình số mặt đất Hướng mở luận văn Đi sâu phân tích yếu tố cơng nghệ OFDM Tìm hiểu thêm phương pháp nhằm cải thiện chất lượng hệ thống OFDM để áp dụng vào triển khai thực tế lĩnh vực quảng bá truyền hình số mặt đất DVB-T 84 Luận văn nghiên cứu OFDM ứng dụng truyền hình số mặt đất TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Michael Speth, Meik Dörpinghaus, “OFDM and the orthogonality principle”, http://www.ice.rwth-aachen.de [2] Pandharipande, A.”Principles of OFDM” IEEE, Apr/May 2002 [3] A Bahai and B.R Saltzberg, Multicarrier Digital Communication: Theory and Applications of OFDM, 1999 :Kluwer [3] L Hanzo, W Webb, and T Keller, ‘’Single-and Multi-Carrier Quadrature Amplitude Modulation’’ New York: IEEE Press/Wiley, Apr 2000 [4] Santella, G “OFDM with guard interval and sub-channel equalization in a 2resolution transmission scheme for digital television broadcasting” IEEE, 1-5 May 1994 [5] Papilaya, V.N Shongwe, T ; Vinck, A.J.H ; Ferreira, H.C “Selected subcarriers QPSK-OFDM transmission schemes to combat frequency disturbances” IEEE 2730 March 2012 [6] Dusan Matic, “Mathematical description Communication Reference Website, 1999 [7] Yushi Shen and Ed Martinez, “Channel Estimation in OFDM Systems” Freescale Semiconductor, 1/2006 [8] Ahmad R.S Bahai, Burton R Saltzberg , Mustafa Ergen, book “Multi-Carrier Digital Communications: Theory and Applications of OFDM”, [9] Thibault, L., “Performance evaluation of COFDM for digital audio broadcasting”, IEEE, 06 August 2002 [10] G Ungerboeck, “Channel coding with multilevel/phase signals,” IEEE Trans Inform Theory, vol 28, pp 56–67, Jan 1982 [11] E Zehavi, “8-PSK trellis codes for a Rayleigh fading channel,” IEEE Trans Commun., vol 40, pp 873–883, May 1992 [12] G Caire, G Taricco, and E Biglieri, “Bit-interleaved coded modulation,” IEEE Trans Inform Theory, vol 44, pp 927–946, May 1998 [13] X Li and J A Ritcey, “Bit-interleaved coded modulation with iterative decoding,” IEEE Commun Lett., vol 1, pp 169–171, Nov 1997 [14] J Hagenauer, “The Turbo principle: Tutorial introduction and state of the art,” in Proc Int Symp Turbo Codes and Related Topics, Sept 1997, pp 1–11 [15] N Seshadri and C.-E W Sundberg, “Multilevel trellis coded modulations for the Rayleigh fading channel,” IEEE Trans Commun., vol 41, pp 1300–1310, Sep 1993 85 of OFDM” JPL's Wireless ... - Satelite Truyền hình số quảng bá vệ DS-CDMA tinh DVB- T Digital Video Broadcasting-Terrestrial Truyền hình số quảng bá m? ?t đ? ?t E ETSI EBNR European Telecommunications Viện tiêu chuẩn viễn thông... dụng kỹ thu? ?t tạo sóng mang trực giao để truyền liệu, giúp cho việc sử dụng băng t? ??n kênh t? ??i ưu Trong lĩnh vực quảng bá, truyền hình t? ?ơng t? ?? dần thay hệ thống truyền hình số Theo lộ trình số. .. .84 T? ?I LIỆU THAM KHẢO 85 LỜI CAM ĐOAN T? ?i xin cam đoan nội dung luận văn ? ?Nghiên cứu OFDM ứng dụng truyền hình số m? ?t đ? ?t DVB- T? ?? cơng trình nghiên cứu thực cá nhân t? ?i, sở nghiên cứu