Tìm hiểu kỹ thuật ofdm và mô phỏng hệ thống theo chuẩn dvb t

TRƢỜNG ĐẠI HỌC VINH 004.6 KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Tên đồ án: TÌM HIỂU KỸ THUẬT OFDM VÀ MƠ PHỎNG HỆ THỐNG THEO CHUẨN DVB-T Sinh viên thực : Nguyễn Thị Hiền – 1051073774 Lớp 51K2 - CNTT : Giáo viên hướng dẫn: TS Lê Văn Minh Nghệ An, tháng 12 năm 2014 TÌM HIỂU KỸ THUẬT OFDM VÀ MÔ PHỎNG HỆ THỐNG THEO CHUẨN DVB-T Mục lục LỜI CẢM ƠN LỜI MỞ ĐẦU PHẦN I: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ OFDM 1.Giới thiệu chƣơng .5 2.Các nguyên lý OFDM .5 Đơn sóng mang .9 Đa sóng mang Sự trực giao 11 5.1 Trực giao miền tần số .12 5.2 Mơ tả tốn học OFDM 12 Các kỹ thuật điều chế OFDM .17 6.1 Điều chế BPSK .18 6.2 Điều chế QPSK .20 6.3 Điều chế QAM 22 6.4 Mã Gray 23 Ƣu nhƣợc điểm OFDM 24 7.1 Ƣu điểm 24 7.2 Nhƣợc điểm .25 Ứng dụng OFDM 25 PHẦN 2:MÔ PHỎNG HỆ THỐNG OFDM THEO CHUẨN DVB-T 26 1.Hệ thống OFDM chuẩn DVB-T 26 OFDM truyền 27 3.OFDM nhận 29 PHẦN 3: KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 35 TÀI LIỆU THAM KHẢO .37 NGUYỄN THỊ HIỀN-51K2-CNTT TÌM HIỂU KỸ THUẬT OFDM VÀ MÔ PHỎNG HỆ THỐNG THEO CHUẨN DVB-T LỜI CẢM ƠN 000 Để hoàn thành đề tài này, nổ lực cố gắng thân, em nhận đƣợc giúp đỡ nhiệt tình thầy giáo, giáo, gia đình bạn bè Em xin bày tỏ lời cảm ơn sâu sắc tới T.S Lê Văn Minh ngƣời tận tình hƣớng dẫn, giúp đỡ bảo suốt trình thực đề tài Em xin chân thành cảm ơn thầy cô giáo tổ mạng máy tính khoa CNTT Trƣờng Đại Học Vinh Mặc dù cố gắng tiếp thu ý kiến thầy, cô giáo hƣớng dẫn nổ lực nghiên cứu, song đề tài chắn khơng thể tránh sai sót Vì vậy, mong đƣợc góp ý thầy giáo bạn để em có đƣợc nhìn sâu sắc vấn đề nghiên cứu, hoàn thiện đề tài, đạt chất lƣợng cao Em xin chân thành cảm ơn! Vinh ,Tháng 12 Năm 2014 Sinh Viên Nguyễn Thị Hiền NGUYỄN THỊ HIỀN-51K2-CNTT TÌM HIỂU KỸ THUẬT OFDM VÀ MÔ PHỎNG HỆ THỐNG THEO CHUẨN DVB-T LỜI MỞ ĐẦU 1.Lý chọn đề tài Trong năm gần đây, kỹ thuật thơng tin vơ tuyến có bƣớc tiến triển vƣợt bậc Sự phát triển nhanh chóng video, thoại thông tin liệu Internet, điện thoại di động có mặt khắp nơi, nhƣ nhu cầu truyền thông đa phƣơng tiện di động ngày phát triển Việc nghiên cứu phát triển diễn toàn giới để đƣa hệ hệ thống truyền thông đa phƣơng tiện băng rộng không dây tạo nên làng thơng tin tồn cầu Sự hoạt động hệ thống vô tuyến tiên tiến phụ thc nhiều vào đặc tính kênh thơng tin vô tuyến nhƣ: fading lựa chọn tần số, độ rộng băng thông bị giới hạn, điều kiện đƣờng truyền thay đổi cách nhanh chóng tác động qua lại tín hiệu Nếu sử dụng hệ thống đơn sóng mang truyền thống cho dịch vụ hệ thống thu phát có độ phức tạp cao nhiều so với việc sử dụng hệ thống đa sóng mang, ghép kênh phân chia theo tần số trực giao (OFDM) giải pháp đƣợc quan tâm để giải vấn đề Cũng ƣu điểm vƣợt trội hệ thống đa sóng mang mơi trƣờng đa đƣờng, nên phạm vi nghiên cứu đề tài này, em nghiên cứu nguyên tắc hoạt động ứng dụng kĩ thuật OFDM 2.Đối tƣợng khách thể nghiên cứu - Tìm hiểu kỹ thuật điều chế OFDM Tìm hiểu thuật tốn điều chế OFDM - Triển khai cài đặt phần mềm mô phỏng: MATLAB 3.Mục đích nghiên cứu - Giải thích đƣợc kỹ thuật điều chế OFDM Phân tích đƣợc cá kỹ thuật điều chế OFDM Cài đặt mô phần mềm MATLAB NGUYỄN THỊ HIỀN-51K2-CNTT TÌM HIỂU KỸ THUẬT OFDM VÀ MÔ PHỎNG HỆ THỐNG THEO CHUẨN DVB-T 4.Nội dung thực - Tìm hiểu khái niệm hệ thống truyền thơng OFDM - Tìm hiểu kỹ thuật điều chế OFDM - Tìm hiểu nguyên lý OFDM - Tìm hiểu đơn sóng mang,đa sóng mang,sự trực giao - Tìm hiểu ƣu điểm,nhƣợc điểm hệ thống OFDM - Triển khai cài đặt mô - Rút kết luận đề tài 5.Phƣơng pháp tiếp cận - Cách tiếp cận: Nghiên cứu kỹ thuật điều chế đa sóng mang OFDM cơng nghệ truyền hình số - Sử dụng phƣơng pháp nghiên cứu: + Phƣơng pháp lý luận: Tham khảo tài liệu sách báo, mạng internet, đặc biệt diễn đàn công nghệ, đọc dịch tài liệu tiếng anh xử lý thông tin + Phƣơng pháp thực nghiệm: Dựa vào lý thuyết để áp dụng vào triển khai xây dựng hệ thống đánh giá kết thực nghiệm nhiều lần nhằm xây dựng hệ thống đáp ứng yêu cầu hiệu + Phƣơng pháp chuyên gia: Nhờ giúp đỡ thầy cô giáo có kiến thức chun mơn để nhận xét, đánh giá, đóng góp ý kiến cho đề tài hồn thiện NGUYỄN THỊ HIỀN-51K2-CNTT TÌM HIỂU KỸ THUẬT OFDM VÀ MÔ PHỎNG HỆ THỐNG THEO CHUẨN DVB-T PHẦN I: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ OFDM 1.Giới thiệu chƣơng Trong năm gần kỹ thuậtOFDM (Othorgonal Frequency Division Multiplexing) đƣợc phát triển thành hệ thống thông tin thông dụng, ứng dụng rộng rãi hệ thống thông tin tốc độ cao OFDM đƣợc xem kỹ thuật tƣơng lai hệ thống thông tin vô tuyến Trong chƣơng trình bày khái niệm bản, ƣu nhƣợc điểm, nguyên lý điều chế giải điều chế kỹ thuật điều chế OFDM Qua thấy đƣợc ƣu điểm kỹ thuật ứng dụng 2.Các nguyên lý OFDM Nguyên lý OFDM chia luồng liệu tốc độ cao thành luồng liệu tốc độ thấp phát đồng thời số sóng mang trực giao Vì khoảng thời gian symbol tăng lên cho sóng mang song song tốc độ thấp hơn, lƣợng nhiễu gây độ trải trễ đa đƣờng đƣợc giảm xuống Nhiễu xuyên ký tự ISI đƣợc hạn chế hầu nhƣ hoàn toàn việc đƣa vào khoảng thời gian bảo vệ symbol OFDM Trong khoảng thời gian bảo vệ, symbol OFDM đƣợc bảo vệ theo chu kỳ để tránh nhiễu sóng mang ICI Giữa kỹ thuật điều chế đa sóng mang khơng chồng phổ kỹ thuật điều chế đa sóng mang chồng phổ có khác Trong kỹ thuật đa sóng mang chồng phổ, ta tiết kiệm đƣợc khoảng 50% băng thông Tuy nhiên, kỹ thuật đa sóng mang chồng phổ, ta cần triệt xuyên nhiễu sóng mang, nghĩa sóng cần trực giao với OFDM, liệu sóng mang chồng lên liệu sóng mang lân cận Sự chồng chập nguyên nhân làm tăng hiệu sử dụng phổ OFDM Ta thấy số điều kiện cụ thể, tăng dung lƣợng đáng kể cho hệ thống OFDM cách làm thích nghi tốc độ liệu sóng mang tùy theo tỷ số tín hiệu tạp âm SNR sóng mang NGUYỄN THỊ HIỀN-51K2-CNTT TÌM HIỂU KỸ THUẬT OFDM VÀ MƠ PHỎNG HỆ THỐNG THEO CHUẨN DVB-T Ch.10 Ch.1 Tần số (a) Tiết kiệm băng thơng (b) Tần số Hình 2.1 So sánh kỹ thuật sóng mang khơng chồng xung (a) kỹ thuật sóng mang chồng xung(b) Về lý chia dịng liệu tốc độ cao thành tốc độ thấp phát đồng thời chất, OFDM trƣờng hợp đặc biệt phƣơng thức phát đa sóng mang theo nguyên số sóng mang đƣợc phân bổ cách trực giao Nhờ thực biến đổi chuỗi liệu từ nối tiếp sang song song nên thời gian symbol tăng lên Do đó, phân tán theo thời gian gây trải rộng trễ truyền dẫn đa đƣờng (multipath) giảm xuống OFDM khác với FDM nhiều điểm Trong phát thông thƣờng đài phát truyền tần số khác nhau, sử dụng hiệu FDM để trì ngăn cách đài Tuy nhiên khơng có kết hợp đồng trạm với trạm khác Với cách truyền OFDM, tín hiệu thơng tin từ nhiều trạm đƣợc kết hợp dòng liệu ghép kênh đơn Sau liệu đƣợc truyền sử dụng khối OFDM đƣợc tạo từ gói dày đặc nhiều sóng mang Tất sóng mang thứ cấp tín hiệu OFDM đƣợc đồng thời gian tần số với nhau, cho phép kiểm soát can nhiễu sóng mang Các sóng mang chồng lấp miền tần số, nhƣng không gây can nhiễu sóng mang (ICI) chất trực giao điều chế Với FDM tín hiệu truyền cần có khoảng bảo vệ tần số lớn kênh để ngăn ngừa can nhiễu Điều làm giảm hiệu phổ Tuy nhiên NGUYỄN THỊ HIỀN-51K2-CNTT TÌM HIỂU KỸ THUẬT OFDM VÀ MÔ PHỎNG HỆ THỐNG THEO CHUẨN DVB-T với OFDM đóng gói trực giao sóng mang làm giảm đáng kể khoảng bảo vệ cải thiện hiệu phổ Dữ liệu nhị phân S/p Mã hóa & xếp chèn Pilot IFFT Chèn dải bảo vệ p/s Kênh truyền AWGN w(n) Dữ liệu xếp & P/S giải mã ƣớc lƣợng kênh FFT Loại bỏ dải bảo vệ s/p Hình 2.2 Sơ đồ hệ thống OFDM Đầu tiên, liệu vào tốc độ cao đƣợc chia thành nhiều dòng liệu song song tốc độ thấp nhờ chuyển đổi nối tiếp/song song (S/P: Serial/Parrallel) Mỗi dịng liệu song song sau đƣợc mã hóa sử dụng thuật toán sửa lỗi tiến (FEC) đƣợc xếp theo trình tự hỗn hợp Những symbol hỗn hợp đƣợc đƣa đến đầu vào khối IDFT Khối tính tốn mẫu thời gian tƣơng ứng với kênh nhánh miền tần số Sau đó, khoảng bảo vệ đƣợc chèn vào để giảm nhiễu xuyên ký tự ISI truyền kênh di động vơ tuyến đa đƣờng Sau lọc phía phát định dạng tín hiệu thời gian liên tục chuyển đổi lên tần số cao để truyền kênh Trong q trình truyền, kênh có nguồn nhiễu gây ảnh hƣởng nhƣ nhiễu trắng cộng AWGN,… Ở phía thu, tín hiệu đƣợc chuyển xuống tần số thấp tín hiệu rời rạc đạt đƣợc lọc thu Khoảng bảo vệ đƣợc loại bỏ mẫu đƣợc chuyển từ miền thời gian sang miền tần số phép biến đổi DFT dùng thuật toán FFT Sau đó, tùy vào sơ đồ điều chế đƣợc sử dụng, dịch chuyển biên độ pha sóng mang nhánh đƣợc cân bằng cân kênh (Channel Equalization) Các symbol hỗn hợp NGUYỄN THỊ HIỀN-51K2-CNTT TÌM HIỂU KỸ THUẬT OFDM VÀ MÔ PHỎNG HỆ THỐNG THEO CHUẨN DVB-T thu đƣợc đƣợc xếp ngƣợc trở lại đƣợc giải mã Cuối thu nhận đƣợc dòng liệu nối tiếp ban đầu Tất hệ thống truyền thông vô tuyến sử dụng sơ đồ điều chế để ánh xạ tín hiệu thơng tin tạo thành dạng truyền hiệu kênh thơng tin Một phạm vi rộng sơ đồ điều chế đƣợc phát triển, phụ thuộc vào tín hiệu thơng tin dạng sóng analog digital Một số sơ đồ điều chế tƣơng tự chung bao gồm: điều chế tần số (FM), điều chế biên độ (AM), điều chế pha (PM), điều chế đơn biên (SSB), Vestigial side Band (VSB), Double Side Band Suppressed Carrier (DSBSC) Các sơ đồ điều chế sóng mang đơn chung cho thơng tin số bao gồm khoá dịch biên độ (ASK), khoá dịch tần số (FSK), khoá dịch pha (PSK), điều chế QAM Kỹ thuật điều chế đa sóng mang trực giao dựa nguyên tắc phân chia luồng liệu có tốc độ cao R (bit/s) thành k luồng liệu thành phần có tốc độ thấp R/k (bit/s); luồng liệu thành phần đƣợc trải phổ với chuỗi ngẫu nhiên PN có tốc độ Rc (bit/s) Sau điều chế với sóng mang thành phần OFDM, truyền nhiều sóng mang trực giao Phƣơng pháp cho phép sử dụng hiệu băng thông kênh truyền, tăng hệ số trải phổ, giảm tạp âm giao thoa ký tự ISI nhƣng tăng khả giao thoa sóng mang Trong cơng nghệ FDM truyền thống, sóng mang đƣợc lọc riêng biệt để bảo đảm khơng có chồng phổ, khơng có tƣợng giao thoa ký tự ISI sóng mang nhƣng phổ lại chƣa đƣợc sử dụng với hiệu cao Với kỹ thuật OFDM, khoảng cách sóng mang đƣợc chọn cho sóng mang trực giao chu kỳ ký tự tín hiệu đƣợc khôi phục mà không giao thoa hay chồng phổ Hình 2.3 Phổ sóng mang OFDM NGUYỄN THỊ HIỀN-51K2-CNTT TÌM HIỂU KỸ THUẬT OFDM VÀ MƠ PHỎNG HỆ THỐNG THEO CHUẨN DVB-T Đơn sóng mang Hệ thống đơn sóng mang hệ thống có liệu đƣợc điều chế truyền sóng mang Hình 3.1Truyền dẫn sóng mang đơn Hình mô tả cấu trúc chung hệ thống truyền dẫn đơn sóng mang Các ký tự phát xung đƣợc định dạng lọc phía phát Sau truyền kênh đa đƣờng Ở phía thu, lọc phối hợp với kênh truyền đƣợc sử dụng nhằm cực đại tỷ số tín hiệu nhiễu (SNR) thiết bị thu nhận liệu Đối với hệ thống đơn sóng mang, việc loại bỏ nhiễu giao thoa bên thu phức tạp Đây ngun nhân để hệ thống đa sóng mang chiếm ƣu hệ thống đơn sóng mang Đa sóng mang Nếu truyền tín hiệu khơng phải sóng mang mà nhiều sóng mang, sóng mang tải phần liệu có ích đƣợc trải băng thơng chịu ảnh hƣởng xấu đáp tuyến kênh có phần liệu có ích bị mất, sở liệu mà sóng mang khác mang tải khơi phục liệu có ích Hình 4.1Cấu trúc hệ thống truyền dẫn đa sóng mang Do vậy, sử dụng nhiều sóng mang có tốc độ bit thấp, liệu gốc thu đƣợc xác Để khôi phục liệu mất, ngƣời ta sử dụng phƣơng pháp sửa lỗi tiến FFC Ở máy thu, sóng mang đƣợc tách dùng lọc thơng thƣờng NGUYỄN THỊ HIỀN-51K2-CNTT TÌM HIỂU KỸ THUẬT OFDM VÀ MÔ PHỎNG HỆ THỐNG THEO CHUẨN DVB-T Có thể phân tích Si(t) thành cặp hàm sở:[7] Φ1(t )   Φ2 (t )  bi sin( 2πf c.t ) T sin( 2πf c.t ) T 0t T 0t T (1.21) Hình 6.3: Chùm tín hiệu M-QAM 6.4 Mã Gray Giản đồ IQ(Inphase Quadrature) cho sơ đồ điều chế vector truyền cho tất liên hợp từ liệu Mỗi liên hợp từ liệu phải đƣợc phân phối vector IQ Mã Gray phƣơng pháp cho phân phối này, cho điểm canh vòm khác bit đơn Mã giúp giảm thiểu tỷ lệ lỗi bit tồn giảm hội nhiều lỗi bit xảy từ lỗi symbol đơn Mã Gray đƣợc sử dụng cho tất sơ đồ điều chế PSK ( QPSK, 8PSK, 16-PSK) QAM(16-QAM,64-QAM,256-QAM ) 23 NGUYỄN THỊ HIỀN-51K2-CNTT TÌM HIỂU KỸ THUẬT OFDM VÀ MƠ PHỎNG HỆ THỐNG THEO CHUẨN DVB-T Hình 6.4 Bảng Mã Gray Ƣu nhƣợc điểm OFDM Qua chất OFDM, ta tóm tắt ƣu điểm nhƣợc điểm OFDM nhƣ sau 7.1 Ưu điểm - OFDM tăng hiệu suất sử dụng cách cho phép chồng lấp sóng mang - Bằng cách chia kênh thông tin thành nhiều kênh fading phẳng băng hẹp, hệ thống OFDM chịu đựng fading lựa chọn tần số tốt hệ thống sóng mang đơn - OFDM loại trừ nhiễu symbol (ISI) xuyên nhiễu sóng mang (ICI) cách chèn thêm vào khoảng thời gian bảo vệ trƣớc symbol - Sử dụng việc chèn kênh mã kênh thích hợp, hệ thống OFDM khơi phục lại đƣợc symbol bị tƣợng lựa chọn tần số kênh - Kỹ thuật cân kênh trở nên đơn giản kỹ thuật cân kênh thích ứng đƣợc sử dụng hệ thống đơn sóng mang - Sử dụng kỹ thuật DFT để bổ sung vào chức điều chế giải điều chế làm giảm chức phức tạp OFDM - Các phƣơng pháp điều chế vi sai (differental modulation) giúp tránh yêu cầu vào bổ sung giám sát kênh 24 NGUYỄN THỊ HIỀN-51K2-CNTT TÌM HIỂU KỸ THUẬT OFDM VÀ MÔ PHỎNG HỆ THỐNG THEO CHUẨN DVB-T - OFDM bị ảnh hƣởng với khoảng thời gian lấy mẫu (sample timing offsets) so với hệ thống đơn sóng mang - OFDM chịu đựng tốt nhiễu xung với nhiễu xuyên kênh kết hợp Ngoài ƣu điểm OFDM có hạn chế 7.2 Nhược điểm Ký hiệu OFDM bị nhiễu biên độ với khoảng động lớn Vì tất hệ thống thơng tin thực tế bị giới hạn công suất, tỷ số PARR cao bất lợi nghiêm trọng OFDM dùng khuếch đại công suất hoạt động miền bão hịa khuếch đại tín hiệu OFDM Nếu tín hiệu OFDM tỷ số PARR lớn gây nên nhiễu xuyên điều chế Điều tăng độ phức tạp biến đổi từ analog sang digital từ digital sang analog Việc rút ngắn (clipping) tín hiệu làm xuất méo nhiễu (distortion) băng lẫn xạ băng OFDM nhạy với tần số offset trƣợt sóng mang hệ thống đơn sóng mang Vấn đề đồng tần số hệ thống OFDM phức tạp hệ thống đơn sóng mang Tần số offset sóng mang gây nhiễu cho sóng mang trực giao gây nên nhiễu liên kênh làm giảm hoạt động giải điều chế cách trầm trọng Vì vậy, đồng tần số nhiệm vụ thiết yếu cần phải đạt thu OFDM Ứng dụng OFDM +Hệ thống OFDM – MIMO +Digital Television +LANS-hiperlan2 +ADSL-truyền liệu tốc độ cao sử dụng đƣờng dây điện thoại cố định +Truyền hình số mặt đất DBV-T 25 NGUYỄN THỊ HIỀN-51K2-CNTT TÌM HIỂU KỸ THUẬT OFDM VÀ MƠ PHỎNG HỆ THỐNG THEO CHUẨN DVB-T PHẦN 2:MÔ PHỎNG HỆ THỐNG OFDM THEO CHUẨN DVB-T 1.Hệ thống OFDM chuẩn DVB-T Phân chia tần số trực giao (OFDM) đƣợc lựa chọn cho kỹ thuật điều chế truyền thông không dây OFDM đem đến tốc độ liệu lớn, đủ mạnh kênh radio hạn chế Trong phần này, tiến hành mơ tiến trình xử lý liên quan đến việc tạo tiếp nhận tín hiệu OFDM kênh vật lý mô tả bƣớc thực Ở đây, sử dụngví dụ tín hiệu OFDM đƣợc đề xuất Video Broadcasting (DVB) chuẩn số cho dịch vụ mặt đất châu Âu truyền hình kỹ thuật số (DTV) Một lƣợc đồ OFDM bao gồm nhiều kênh có băng thơng hẹp, xếp chồng trực giaonhau haylà sóng mang truyền song song phân chia băng thông từ kênh có sẵn Việc phân chia sóng mang theo tiêu chí nén nhiều sóng mang vào trải phổ cho trƣớc tốt Điều mà quan tâm làm để hệ thống OFDM điều khiển nhiễu đa đƣờng phía nhận (receiver) Truyền đa đƣờng tạo nên hai hiệu ứng: suy yếu tần nhiễu ký hiệu (ISI).Mơ hình “phẳng” kênh băng thơng hẹp khắc phục đƣợc điều này, nhƣng với tốc độ điều chế ký tự cực chậm, làm cho ký tự đƣợc tạo chậm đáp ứng xung kênh Sử dụng mã sửa lỗi đồng thời với điều chế theo thời gian tần số hạn chế đƣợc việc làm yếu tần, chèn thêm chu kỳ bảo vệ phụ ký tự OFDM giảm thiểu đƣợc hiệu ứng ISI Vì việc thay đổi cƣờng độ tín hiệu bên nhận không cần thiết Trong sơ đồ khối tiêu chuẩn DVB-T châu Âu, hình 1.1 Hầu hết trình đƣợc mô tả sơ đồ đƣợc thực xử lý tín hiệu số (DSP), nhƣng hạn chế nói xảy kênh vật lý; nghĩa là, tín hiệu đầu hệ thống Vì vậy, việc nghiên cứu tập trung vào khối có nhãn OFDM, D/A, Front End hình 1.1.Ở đây, quan tâm đến quy định truyền chuẩn DVB-T miêu tả hệ thống nhận chung đóng vai trị hệ thống thu nhận hồn chỉnh 26 NGUYỄN THỊ HIỀN-51K2-CNTT TÌM HIỂU KỸ THUẬT OFDM VÀ MÔ PHỎNG HỆ THỐNG THEO CHUẨN DVB-T Hình 1.1 Sơ đồ máy phát DVB-T OFDM truyền Công thức mô tả chi tiết ký hiệuOFDM bắt đầu thời điểm t=ts nhƣ sau:  N2s 1   i  0.5     s(t )  Re   di  Ns /2 exp  j 2  f c   (t  ts   , ts  t  ts  T T N     s i    (2.1) s(t )  0, t  ts  ts  T Trong đó: di ký hiệu điều chế dạng phức Ns số sóng mang T chu kỳ ký hiệu fclà tần số sóng mang Từ cơng thức (2.1) áp dụng theo chuẩn DVB-T để tạo tín hiệu ta có biểu thức:  67 K max     s(t )  Re e j 2fct   Cm,l ,k  m,l ,k (t )  (2.2) m  l  k  K      j 2 Tk ' (t l Ts 68 m Ts )  U  m,l ,k (t )  e (l  68 m) Ts  t  (l  68 m  1) Ts (2.3)   27 NGUYỄN THỊ HIỀN-51K2-CNTT TÌM HIỂU KỸ THUẬT OFDM VÀ MÔ PHỎNG HỆ THỐNG THEO CHUẨN DVB-T k: số lƣợng sóng mang l: số lƣợng ký hiệu OFDM m: số lƣợng khung truyền K: số lƣợng đƣợc chuyển TS: chu kỳ ký hiệu TU: nghịch đảo độ rộng sóng mang ∆: quãng cách thời gian bảo vệ fc: tần số trung tâm tín hiệu thuộc giải tần Radio k′: mục sóng mang liên quan đến tần số trung tâm k’=k-(Kmax – Kmin)/2 Cm,0,k: ký hiệu phức cho sóng mang k ký hiệu liệu số khung m Cm,1,k: ký hiệu phức cho sóng mang k ký hiệu liệu số khung m … Cm,67,k: ký hiệu phức cho sóng mang k ký hiệu liệu số 68 khung m Điều quan trọng rút từ (2.2) mô tả hệ thống làm việc, ví dụ, hệ thống đƣợc thử nghiệm sử dụng từ tháng năm 1997 Mô tập trung vào chế độ 2k chuẩn DVB-T Chế độ đƣợc thiết kế cho thu nhận di động chuẩn DTV Tín hiệu OFDM truyền đƣợc đóng gói thành cáckhung Mỗi khung có chu kỳ thời gian TF, bao gồm 68 ký hiệu OFDM Bốnkhung tạo thành siêu khung Mỗi ký hiệu đƣợc thành lập tập hợp K = 1.705 sóng mang chế độ 2k truyền với khoảng thời gian TS Khoảng thời gian hữu ích TUcùng với khoảng thời gian chèn vào để bảo vệ Δ tạo thành TS Bảng giá trị tham số OFDM chế độ 2k đƣợc mô tả bảng : 28 NGUYỄN THỊ HIỀN-51K2-CNTT TÌM HIỂU KỸ THUẬT OFDM VÀ MÔ PHỎNG HỆ THỐNG THEO CHUẨN DVB-T Parameter 2k mode Elementary period T 7/64  s Number of carrier K 1,705 Value of carrier number K Duration TU 224  s Carrier spacing 1/ TU 4,464Hz Spacing between carriers K and 7,61MHz Kmax (k  1) / TU Allowed guard interval  / TU 1/4 1/8 1/16 1/32 2,048xT Duration of symbol part TU 224  s Duration of guard interval  Symbol duration Ts    TU 512xT 256xT 128xT 64xT 56  s 28  s 14  s s 2,560xT 2,304xT 2,176xT 2,112xT 280  s 252  s 238  s 231  s 3.OFDM nhận Nhƣđã đề cập phần trên,OFDM nhạy với tần số offset trƣợt sóng mang hệ thống đơn sóng mang Vấn đề đồng tần số hệ thống OFDM phức tạp hệ thống đơn sóng mang Tần số offset sóng mang gây nhiễu cho sóng mang trực giao gây nên nhiễu liên kênh làm giảm hoạt động giải điều chế cách trầm trọng Vì vậy, đồng tần số nhiệm vụ thiết yếu cần phải đạt thu OFDM Cho nên nội dung tập trung nghiên cứu xem xét phần thu OFDM 29 NGUYỄN THỊ HIỀN-51K2-CNTT TÌM HIỂU KỸ THUẬT OFDM VÀ MÔ PHỎNG HỆ THỐNG THEO CHUẨN DVB-T Một máy thu nghịch đảo thành phần bên phát, có sơ đồ nhƣ hình 3.1 Hình 3.1 Sơ đồ máy thu phát Chúng ta thấy việc nhạy cảm OFDM với thời gian tần số offsets xảy môi trƣờng đƣợc xem lý tƣởng – môi trƣờng mô Chẳng hạn, xem xét độ trễ thao tác lọc Với thực nghiệm mô đƣợc tiến hành, độ trễ đƣợc tạo việc xây dựng lại giải điều chế lọc vào khoảng td=64/Rs Độ trễ đủ để cản trở việc thu nhận tín hiệu nguyên nhân làm nên khác biệt nhỏ tín hiệu truyền tín hiệu thu Kết mơ tồn tiến trình xử lý theo sơ đồ 3.1 đƣợc minh họa từ hình 3.2 đến hình 3.9 RECEPTION 50 -50 0.2 0.4 0.6 0.8 1.2 -6 x 10 RECEPTION 150 100 50 -50 -100 0.2 0.4 0.6 0.8 1.2 -6 x 10 Hình 3.2 30 NGUYỄN THỊ HIỀN-51K2-CNTT TÌM HIỂU KỸ THUẬT OFDM VÀ MÔ PHỎNG HỆ THỐNG THEO CHUẨN DVB-T RECEPTION 30 20 10 0 0.5 1.5 2.5 3.5 x 10 Power/frequency (dB/Hz) Welch Power Spectral Density Estimate -50 -100 -150 50 100 150 200 Frequency (MHz) 250 300 350 Hình (3.3) RECEPTION 50 -50 0.2 0.4 0.6 0.8 1.2 -6 x 10 RECEPTION 150 100 50 -50 -100 0.2 0.4 0.6 0.8 1.2 -6 x 10 Hình 3.4 31 NGUYỄN THỊ HIỀN-51K2-CNTT TÌM HIỂU KỸ THUẬT OFDM VÀ MÔ PHỎNG HỆ THỐNG THEO CHUẨN DVB-T RECEPTION 60 40 20 0 0.5 1.5 2.5 3.5 x 10 Power/frequency (dB/Hz) Welch Power Spectral Density Estimate -50 -100 -150 50 100 150 200 Frequency (MHz) 250 300 350 Hình 3.5 RECEPTION 50 -50 0.2 0.4 0.6 0.8 1.2 -6 x 10 RECEPTION 150 100 50 -50 -100 0.2 0.4 0.6 0.8 1.2 -6 x 10 Hình 3.6 32 NGUYỄN THỊ HIỀN-51K2-CNTT TÌM HIỂU KỸ THUẬT OFDM VÀ MÔ PHỎNG HỆ THỐNG THEO CHUẨN DVB-T RECEPTION 1.5 0.5 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.2 1.4 1.6 1.8 x 10 Power/frequency (dB/Hz) Welch Power Spectral Density Estimate -20 -40 -60 -80 -100 10 12 Frequency (MHz) 14 16 18 Hình 3.7 RECEPTION 0.8 0.6 0.4 0.2 -0.2 -0.4 -0.6 -0.8 -1 -1 -0.5 0.5 Hình 3.8 33 NGUYỄN THỊ HIỀN-51K2-CNTT TÌM HIỂU KỸ THUẬT OFDM VÀ MÔ PHỎNG HỆ THỐNG THEO CHUẨN DVB-T RECEPTION 1.5 0.5 -0.5 -1 -1.5 -1.5 -1 -0.5 0.5 1.5 Hình 3.9 34 NGUYỄN THỊ HIỀN-51K2-CNTT TÌM HIỂU KỸ THUẬT OFDM VÀ MÔ PHỎNG HỆ THỐNG THEO CHUẨN DVB-T PHẦN 3: KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI Kỹ thuật ghép kênh phân chia theo tần số trực giao - OFDM kỹ thuật đại cho truyền thông tƣơng lai Đây kỹ thuật mẻ, việc nghiên cứu ứng dụng OFDM giai đoạn khẩn trƣơng Trong đó, vấn đề kỹ thuật đối tƣợng đƣợc quan tâm nghiên cứu nhiều Đồ án tốt nghiệp tìm hiểu số vấn đề kỹ thuật hệ thống OFDM, là: Ƣớc lƣợng kênh, đồng ứng dụng kỹ thuật OFDM truyền dẫn tín hiệu Vì khả chống hiệu ứng đa đƣờng động tốt hệ thống OFDM tạo cho nghành truyền hình có hai khả mà truyền hình tƣơng tự nhƣ truyền hình số tuân theo tiêu chuẩn đạt đƣợc là: - Khả thu di động dịch vụ truyền hình quảng bá - Khả tạo nên mạng đơn tần phạm vi rộng Đối với hệ thống truyền hình tƣơng tự nhƣ hệ thống thông tin, máy phát cạnh dùng chung tần số vấn đề vơ khó khăn Vì hệ thống cần có quy hoạch tần số cẩn thận nhƣ phƣơng án tái sử dụng tần số Mạng đơn tần SFN mạng gồm nhiều máy phát động tần số phát nội dung Mỗi máy phát mạng SFN tuân theo quy tắc sau: - Phát tần số - Phát lúc - Phát liệu Nhƣ điểm thu biên vùng phủ sóng thu đƣợc nhiều tín hiệu từ trạm phát khác thu coi tín hiệu nhƣ trễ nhân tạo Vậy mạng SFN khả thi OFDM giải đƣợc vấn đề thu nhiều đƣờng Ứng dụng SNF tạo bƣớc đột phá công nghệ phát sóng truyền hình, phạm vi lớn khai mạng dày đặc máy phát hoạt động tần số, tài nguyên tần số băng tần UHF/VHF ngày hạn hẹp triển khai SNF mang lại lợi ích vơ lớn.Từ việc tìm hiểu các kĩ thuật hệ thống OFDM đƣợc trình bày chƣơng trƣớc tiếp tục nghiên cứu ứng dụng OFDM mà đƣợc nghiên cứu ứng dụng lĩnh vực thông tin vô tuyến Công nghệ lựa chọn kết hợp phƣơng pháp điều chế cổ điển phƣơng pháp đa truy cập vô tuyến, ứng dụng OFDM dành cho mạch vịng vơ 35 NGUYỄN THỊ HIỀN-51K2-CNTT TÌM HIỂU KỸ THUẬT OFDM VÀ MÔ PHỎNG HỆ THỐNG THEO CHUẨN DVB-T tuyến nội hạt, LAN vô tuyến, dịch vụ truyền thông cá nhân tế bào Các hệ thống đa truy cập cá nhân tế bào dựa OFDM nhƣ OFDM-TDMA MC-TDMA đƣợc xem xét nhƣ hệ hệ thống vô tuyến nhiều ngƣời sử dụng Mặc dù em cố gắng nhƣng kiến thức có hạn nên đồ án tránh khỏi sai sót, mong qua đồ án em có đƣợc kinh nghiệm hữu ích cho sau Một lần em xin chân thành cảm ơn đến tất Thầy, Cơ giúp em hồn thành đồ án 36 NGUYỄN THỊ HIỀN-51K2-CNTT TÌM HIỂU KỸ THUẬT OFDM VÀ MÔ PHỎNG HỆ THỐNG THEO CHUẨN DVB-T TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Quách Tuấn Ngọc, “Xử lý tín hiệu số”, Nhà xuất Giáo dục, 1999 [2] Đặng Văn Chuyết & Nguyễn Tuấn Anh,“Cơ sở lý thuyết truyền tin”, Tập hai, Nhà xuất Giáo dục, 2000 [3] Cheng-Xiang Wang, Nguyễn Văn Đức, “Kỹ thuật thông tin số ” - tập 1, Nhà xuất Khoa học kĩ thuật - Hà Nội 2006 [4] Tạ Quốc Ƣng,“Điện thoại di động truyền hình số mặt đất DVB-T”, Tạp chí Bƣu Chính Viễn Thơng & Cơng Nghệ Thông Tin (12/11/2003) 37 NGUYỄN THỊ HIỀN-51K2-CNTT ... mềm MATLAB NGUYỄN THỊ HIỀN-51K2-CNTT T? ?M HIỂU KỸ THU? ?T OFDM VÀ MƠ PHỎNG HỆ THỐNG THEO CHUẨN DVB- T 4.Nội dung thực - T? ?m hiểu khái niệm hệ thống truyền thơng OFDM - T? ?m hiểu kỹ thu? ?t điều chế OFDM. .. vai trị hệ thống thu nhận hoàn chỉnh 26 NGUYỄN THỊ HIỀN-51K2-CNTT T? ?M HIỂU KỸ THU? ?T OFDM VÀ MƠ PHỎNG HỆ THỐNG THEO CHUẨN DVB- T Hình 1.1 Sơ đồ máy ph? ?t DVB- T OFDM truyền Công thức mô t? ?? chi ti? ?t. .. HIỀN-51K2-CNTT T? ?M HIỂU KỸ THU? ?T OFDM VÀ MƠ PHỎNG HỆ THỐNG THEO CHUẨN DVB- T LỜI MỞ ĐẦU 1.Lý chọn đề t? ?i Trong năm gần đây, kỹ thu? ?t thông tin vơ tuyến có bƣớc tiến triển vƣ? ?t bậc Sự ph? ?t triển nhanh