Nghiên cứu công nghệ đa truy nhập theo tần số trực giao ofdma

TRƢỜNG ĐẠI HỌC VINH KHOA ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG _ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Đề tài: ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT TRONG HỆ THỐNG MC-CDMA Sinh viên thực hiện: Đặng Nhƣ Ý Giảng viên hƣớng dẫn: ThS ĐẶNG THÁI SƠN Nghệ An, - 2011 LỜI NÓI ĐẦU 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 thuộc 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 Việc nghiên cứu kỹ thuật ghép kênh phân chia theo tần số trực giao (OFDM) đƣợc biết đến từ năm 70 kỷ trƣớc, với ƣu điểm nhƣ: cho phép truyền liệu tốc độ cao đƣợc truyền song song với tốc độ thấp băng hẹp, khả cho hiệu suất phổ cao, khả chống lại fading chọn lọc tần số, đơn giản hiệu điều chế giải điều chế tín hiệu nhờ sử dụng thuật tốn IFFT, FFT Chính thế, OFDM ngày đƣợc phát triển dịch vụ viễn thông tốc độ cao nhƣ Internet không dây, thông tin di động 4G, mạng LAN không dây, đƣợc chọn làm chuẩn cho hệ thống phát số Do OFDM trở thành cơng nghệ đƣợc chấp nhận cách rộng rãi chuẩn truyền thông không dây di động đƣợc sử dụng nhiều tƣơng lai Tuy nhiên OFDM có bất lợi so với hệ thống đơn sóng mang nhƣ: nhạy với nhiễu pha tần số offset, tỷ số công suất đỉnh công suất trung bình cao giới hạn hiệu suất hoạt động khuếch đại RF vấn đề đồng phức tạp hệ thống đơn sóng mang Để áp dụng kỹ thuật cần phải giải vấn đề tồn hệ thống Nội dung đồ án bao gồm chƣơng: Chƣơng TỔNG QUAN CÁC PHƢƠNG PHÁP ĐA TRUY NHẬP VÔ TUYẾN Giới thiệu tổng quan phƣơng pháp đa truy nhập đề cập đến ƣu điểm nhƣợc điểm phƣơng pháp Chƣơng GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ OFDM Giới thiệu tổng quan hệ thống OFDM đề cập đến ƣu điểm nhƣợc điểm kỹ thuật OFDM Chƣơng CÁC VẤN ĐỀ KỸ THUẬT TRONG HỆ THỐNG OFDM Tìm hiểu lỗi gây nên đồng số phƣơng pháp đồng hệ thống OFDM Chƣơng ĐA TRUY NHẬP THEO TẦN SỐ TRỰC GIAO OFDMA Tìm hiểu khác OFDM OFDMA, số phƣơng pháp đa truy nhập ƣu nhƣợc điểm Chƣơng MỘT VÀI ỨNG DỤNG CỦA CƠNG NGHỆ OFDM Tìm hiểu ứng dụng OFDM hệ thống truyền hình số mặt đất DVB-T, mạng WIMAX Tuy có nhiều cố gắng nhƣng cịn nhiều thiếu sót cần bổ sung phát triển mong quý thầy cô bạn bảo thêm Em xin chân thành cảm ơn quý thầy cô Khoa Điện tử-Viễn thông, đặc biệt cô giáo - Ts Nguyễn Thị Quỳnh Hoa hƣớng dẫn em hoàn thành đồ án Vinh, tháng 05 năm 2011 Đặng Nhƣ Ý M CL C LỜI NÓI ĐẦU MỤC LỤC TÓM TẮT ĐỒ ÁN DANH SÁCH HÌNH VẼ DANH SÁCH CÁC BẢNG BIỂU THUẬT NGỮ VIẾT TẮT 10 Chƣơng TỔNG QUAN CÁC PHƢƠNG PHÁP ĐA TRUY NHẬP VÔ TUYẾN 13 1.1 Giới thiệu chƣơng 13 1.2 Đa truy nhập theo tần số (FDMA) 13 1.2.1 Nguyên lý FDMA 13 1.2.2 Ƣu, nhƣợc điểm FDMA 16 1.3 Đa truy nhập theo thời gian (TDMA) 17 1.3.1 Nguyên lý TDMA 17 1.3.2 Ƣu, nhƣợc điểm TDMA 18 1.4 Đa truy nhâp theo mã (CDMA 18 1.4.1 Nguyên lý CDMA 18 1.4.2 Ƣu nhƣợc điểm CDMA 22 1.5 Đa truy nhập theo không gian (SDMA) 23 1.6 Kết luận 25 Chƣơng GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ OFDM 26 2.1 Giới thiệu chƣơng 26 2.2 Khái niệm OFDM 26 2.3 So sánh FDM OFDM 27 2.4 Đơn sóng mang 28 2.5 Đa sóng mang 29 2.6 Tính trực giao 30 2.7 Cấu trúc OFDM 35 2.8 Sơ đồ khối OFDM 36 2.8.1 Bộ chuyển đổi nối tiếp song song 37 2.8.2 Bộ điều chế sóng mang 38 2.8.3 Ứng dụng kỹ thuật IFT/FFT OFDM 39 2.8.4 Chèn khoảng bảo vệ 41 2.8.5 Chèn từ đồng khung 42 2.8.6 Điều chế sóng mang cao tần khuếch đại công suất 42 2.9 Các kỹ thuật điều chế OFDM 43 2.9.1 Điều chế BPSK 43 2.9.2 Điều chế QPSK 45 2.9.3 Điều chế QAM 47 2.10 Các đặc tính OFDM 48 2.10.1 Ƣu điểm 48 2.10.2 Nhƣợc điểm 49 2.11 Kết luận 50 Chƣơng ĐỒNG BỘ TRONG HỆ THỐNG OFDM 51 3.1 Giới thiệu chƣơng 51 3.2 Tổng quan đồng hệ thống OFDM 52 3.2.1 Nhận biết khung 53 3.2.2 Ƣớc lƣợng khoảng dịch tần số 54 3.3 Các vấn đề đồng hệ thống OFDM 56 3.3.1 Đồng tần số hệ thống OFDM 57 3.3.2 Đồng ký tự hệ thống OFDM 58 3.3.3 Ảnh hƣởng sai lỗi đồng đến tiêu chất lƣợng hệ thống OFDM 63 3.4 Tỷ số công suất đỉnh công suất trung bình (PAPR 64 3.5 Kết luận chƣơng 65 Chƣơng ĐA TRUY NHẬP THEO TẦN SỐ TRỰC GIAO (OFDMA) 67 4.1 Giới thiệu 67 4.2 Đa truy nhập theo tần số trực giao (OFDMA) 67 4.2.1 Cơ sở kỹ thuật OFDMA 67 4.2.2 Phƣơng pháp đa truy nhập OFDMA 68 4.3 Ƣu, nhƣợc điểm OFDMA 71 4.4 Kết luận 73 Chƣơng MỘT VÀI ỨNG DỤNG CỦA CÔNG NGHỆ OFDM 74 5.1 Ứng dụng OFDM truyền hình số mặt đất DVB-T 74 5.1.1 Tổng quan DVB-T 74 5.1.2 Tính trực giao sóng mang OFDM DVB-T 77 5.1.3 Biến đổi IFFT điều chế tín hiệu DVB-T 78 5.1.4 Lựa chọn điều chế sở 79 5.1.5 Số lƣợng, vị trí nhiệm vụ sóng mang 80 5.1.6 Chèn khoảng thời gian bảo vệ 83 5.1.7 vận tốc dòng liệu máy phát số DVB-T 85 5.2 Ứng dụng OFDM WiMax 86 5.2.1 Định nghĩa WiMax 86 5.2.2 Đặc điểm WiMax 87 5.2.3 Các chuẩn WiMax 88 5.2.4 Công nghệ OFDM cho việc truyền dẫn vô tuyến mạng WiMax 89 5.2.5 Ứng dụng WiMax 91 5.3 Kết luận 94 KẾT LUẬN 96 TÀI LIỆU THAM KHẢO 98 TÓM TẮT ĐỒ ÁN Nh m mục đích đáp ứng đƣợc nhu cầu truy nhập ,và sử dụng hiệu tài nguyên vô tuyến mà công nghệ đa truy nhập đƣợc phát triển cải tiến, công nghệ đa truy nhập theo tần số trực giao (OFDMA) với ƣu điểm đƣợc nghiên cứu ứng dụng vào thục tế sống Đề tài giới thiệu làm r số vấn đề công nghệ OFDMA ứng dụng hệ thống truyền hình số mặt đất DVB-T, hệ thống WiMAX In order to meet the goal needs to access, and efficient use of resources that wireless access technologies has always been developed and improved, multi-access technologies in online communication frequency (OFDMA ) with the advantages of intelligence has been studied and applied in real life Introduced the topic and clarify some problems in OFDMA technology and application in the system of terrestrial digital television DVB-T, and WiMAsystems ANH SÁCH CÁC H NH V Trang Hình 1.1 Nguyên lý FDMA 14 Hình 1.2 Phƣơng pháp song cơng theo tần số FDD 15 Hình 1.3 Phƣơng pháp song công theo thời gian TDD 16 Hình 1.4 Nguyên lý TDMA 17 Hình 1.5 Quá trình trải phổ giải trải phổ 20 Hình 1.6 Các cơng nghệ đa truy nhập 21 Hình 1.7 Nguyên lý đa truy nhập trải phổ 22 Hình 2.1.: Minh hoạ khác OFDM FDM 27 Hình 2.2 Kỹ thuật đa sóng mang chồng xung khơng chồng xung 28 Hình 2.3 Hình dạng phổ tín hiệu OFDM băng tần sở sóng mang, hiệu phổ tần OFDM so với FDM 28 Hình 2.4 Truyền dẫn sóng mang đơn 29 Hình 2.5 Cấu trúc hệ thống truyền dẫn đa sóng mang 30 Hình 2.6 Cấu trúc tín hiệu OFDM 31 Hình 2.7 Tích phân hai sóng sin khác tần số 33 Hình 2.8 Tích phân hai sóng sin tần số 33 Hình 2.9 Đáp ứng tần số subcarrier 35 Hình 2.10 Cấu trúc OFDM miền tần số 35 Hình 2.11 Cấu trúc kênh OFDM 36 Hình 2.12 Cấu trúc lát OFDM 36 Hình 2.13 Sơ đồ khối trình phát thu OFDM 37 Hình 2.14 Thêm khoảng bảo vệ vào tín hiệu OFDM 42 Hình 2.15 Biểu đồ khơng gian tín hiệu BPSK 44 Hình 16 Biểu đồ tín hiệu tín hiệu QPSK 47 Hình 2.17 Chùm tín hiệu M-QAM 48 Hình 3.1 Các trình đồng OFDM 52 Hình 3.2 Pilot gói OFDM 60 Hìmh 3.3 Một kiểu cấu trúc khung ký tự OFDM 62 Hình 3.4 Bộ đồng khung ký tự dùng FSC 63 Hình 4.1 Sự khác OFDM OFDMA 68 Hình 4.2 Ví dụ biểu đồ số thời gian OFDMA 69 Hình 4.3 Ví dụ biểu đồ tần số thời gian với ngƣời dùng nhảy tần a, b, c có bƣớc nhảy với khe thời gian 70 Hình 4.4 Sơ đồ hệ thống truyền dẫn OFDMA phía phát 71 Hình 4.5 Sơ đồ hệ thống truyền dẫn OFDMA phía thu 71 Hình 5.1 Sơ đồ khối điều chế số DVB-T 75 Hình 5.2 Sơ đồ khối phần biến đổi số - tƣơng tự 76 Hình 5.3 Cấu trúc hệ thống truyền hinh số mặt đất 77 Hình 5.4 Phổ tín hiệu OFDM với số sóng mang N=16 phổ tín hiệu RF thực tế 78 Hình 5.5 Biểu diễn chịm điều chế QPSK, 16-QAM 64-QAM 80 Hình 5.6 Biểu diễn chòm điều chế phân cấp 16-QAM với α = 80 Hình 5.7 Phân bố sóng mang DVB-T (chƣa chèn khoảng bảo vệ) 81 Hình 5.8 Phân bố pilot DVB-T 82 Hình 5.9 Phân bố pilot DVB-T biểu đồ chịm 83 Hình 5.10 Phân bố sóng mang chèn thêm khoảng thời gian bảo vệ 84 Hình 5.11 Các tia sóng đến thời khoảng bảo vệ 85 Hình 5.12 Mơ hình phân lớp hệ thống WiMax so sánh với OSI 88 Hình 5.13 Suy giảm tín hiệu theo khoảng cách 90 Hình 5.14 Mơ tả hệ thống WIMAX 92 ANH SÁCH CÁC ẢNG BIỂU Trang Bảng 2.1 Các giá trị mã hoá 64-QAM 39 Bảng 2.2 Các giá trị M, an, bn tƣơng ứng với dạng điều chế 43 Bảng 2.3 Quan hệ cặp bit điều chế toạ độ điểm tín hiệu điều chế PSK 46 Bảng 4.1 Các tham số tỉ lệ OFDMA 72 Bảng 5.1 Mô tả thông số mode làm việc DVB-T 74 Bảng 5.2 Tổng vận tốc dòng liệu 86 Bảng 5.3 Sự suy giảm tín hiệu mơi trƣờng vơ tuyến 90 10 Hình 5.10 Phân b sóng m ng hèn thêm khoảng th i gi n bảo vệ Mỗi khoảng symbol đƣợc kéo dài thêm vƣợt q khoảng tổ hợp máy thu Tu Nhƣ đoạn thêm vào phần đầu symbol để tạo nên khoảng bảo vệ giống với đoạn có độ dài cuối symbol Miễn trễ không vƣợt đoạn bảo vệ, tất thành phần tín hiệu khoảng tổ hợp đến từ symbol tiêu chuẩn trực giao đƣợc thoả mãn ICI ISI xảy trễ vƣợt khoảng bảo vệ Độ dài khoảng bảo vệ đƣợc lựa chọn cho phù hợp với mức độ thu đa đƣờng (multi path) máy thu Việc chèn khoảng thời gian bảo vệ đƣợc thực phía phát Khoảng thời gian bảo vệ Tg có giá trị khác theo quy định DVB-T [1]: 1/4Tu, 1/8Tu, 1/16Tu 1/32Tu Khi chênh lệch thời gian tia sóng đến đầu thu khơng vƣợt khoảng thời gian bảo vệ Tg, máy thu hoàn toàn khắc phục tốt tƣợng phản xạ Thực chất, khoảng thời gian bảo vệ Tg khoảng thời gian trống khơng mang thơng tin hữu ích Vì vậy, chế độ phát, Tg lớn, thông tin hữu ích ít, số lƣợng chƣơng trình giảm Nhƣng Tg lớn khả khắc phục tia sóng phản xạ từ xa đến hiệu Với sử dụng kỹ 86 thuật ghép đa tần trực giao với thông số khoảng thời gian bảo vệ tạo tiền đề cho việc thiết lập mạng đ n t n DVB-T Các máy phát thuộc mạng đơn tần phát kênh sóng, thuận lợi cho quy hoạch tiết kiệm tài nguyên tần số Hình 5.11 Các tia sóng đến th i khoảng bảo vệ 5.1.7 Vận t c dòng iệu củ hát V -T Thông thƣờng, thông tin kênh cao tần 8MHz máy phát DVBT phụ thuộc vào tổng vận tốc dịng liệu mà có khả truyền tải thấy tham số phát nhƣ kiểu điều chế (modulation), tỷ lệ mã sửa sai (code rate) khoảng thời gian bảo vệ (Guard interval) định khả Bảng 5.2 thống kê tổng vận tốc dòng liệu máy phát DVB-T truyền tải từ 4,98 Mbit/s đến 31,67 Mbit/s kênh cao tần 8MHz với nhóm thông số phát khác 87 ảng Tổng vận tốc dòng liệu modulatin Code rate QPSK 16-QAM 64-QAM Ứng dụng O Guard interval 1/4 1/8 1/16 1/32 1/2 4,98 5,53 5,85 6,03 2/3 6,64 7,37 7,81 8,04 3/4 7,64 8,29 8,78 9,05 5/6 8,29 9,22 9,76 10,05 7/8 8,71 9,68 10,25 10,56 1/2 9.95 11.06 11,71 12,06 2/3 13,27 14,75 15,61 16,09 3/4 14,93 16,59 17,56 18,10 5/6 16,59 18,43 19,52 20,11 7/8 17,42 19,35 20,49 21,11 1/2 14,93 16,59 17,56 18,10 2/3 19,91 22,12 23,42 24,13 3/4 22,39 24,88 26,35 27,14 5/6 24,88 27,65 29,27 30,16 7/8 26,13 29,03 30,74 31,67 M t ng WIMAX Định nghĩ WIMAX WIMAX (Worldwide Interoperability For Microwave Access) khả kết nối không dây diện rộng với truy nhập vi ba Nó cho phép truy nhập băng thông rộng vô tuyến đến đầu cuối (last mile) nhƣ phƣơng thức thay cho cáp DSL WIMAX cho phép kết nối băng rộng vô tuyến cố định, mang xách tay đƣợc, di động mà khơng cần thiết tầm nhìn thẳng (line of sight) trực tiếp đến trạm WIMAX có phiên chính: WIMAX cố định (Fixed WIMAX) 88 WIMAX di động (Mobile WIMAX) Đặc iể củ WIMAX WiMax đƣợc tiêu chuẩn hoá IEEE 802.16 Hệ thống hệ thống đa truy cập không dây sử dụng cơng nghệ OFDMA có đặc điểm sau: - Khoảng cách trạm thu phát tới 50km - Tốc độ truyền thay đổi, tối đa 70Mbit/s - Hoạt động hai môi trƣờng truyền dẫn: đƣờng truyền tầm nhìn thẳng LOS (Line of Sight) đƣờng truyền che khuất NLOS (Non line of sight) - Dải tần làm việc 2-11GHz từ 10-66GHz đƣợc tiêu chuẩn hoá Trong WiMax hƣớng truyền tin đƣợc chia thành hai đƣờng lên xuống Đƣờng lên có tần số thấp đƣờng xuống sử dụng công nghệ OFDM để truyền OFDM WiMax sử dụng tổng cộng 2048 sóng mang, có 1536 sóng mang dành cho thơng tin đƣợc chia thành 32 kênh kênh tƣơng đƣơng với 48 sóng mang WiMax sử dụng điều chế nhiều mức thích ứng từ BPSK, QPSK đến 256-QAM kết hợp phƣơng pháp sửa lỗi liệu nhƣ ngẫu nhiên hoá, với mã hoá sửa lỗi Reed Solomon, mã xoắn tỷ lệ mã từ 1/2 đến 7/8 - Độ rộng băng tần WiMax từ 5MHz đến 20MHz đƣợc chia thành nhiều băng 1,75MHz Mỗi băng đƣợc chia nhỏ nhờ công nghệ OFDM, cho phép nhiều thuê bao truy cập đồng thời hay nhiều kênh cách linh hoạt để đảm bảo tối ƣu hiệu sử dụng băng tần Công nghệ đƣợc gọi công nghệ đa truy nhập OFDMA (OFDM access) - Cho phép sử dụng hai công nghệ TDD (time division duplexing) FDD (frequency division duplexing) cho việc phân chia truyền dẫn hƣớng lên (uplink) hƣớng xuống (downlink) 89 - Về cấu trúc phân lớp, hệ thống WiMax đƣợc phân chia thành lớp: Lớp tiếp ứng (Convergence) làm nhiệp vụ giao diện lớp đa truy nhập lớp trên, lớp đa truy nhập (MAC layer), lớp truyền dẫn (Transmission) lớp vật lý (Physical) Các lớp tƣơng đƣơng với hai lớp dƣới mơ hình OSI đƣợc tiêu chuẩn hố để giao tiếp với nhiều ứng dụng lớp nhƣ mơ tả hình dƣới Hình 5.12 M hình phân lớp hệ th ng WiM x so sánh với OSI Các chuẩn củ WIMAX C uẩn 802.16 Chuẩn 802.16 đƣợc tạo với mục đích tạo giao diện (Interface) không dây dựa giao thức MAC (Media Access Control) chung Kiến trúc mạng 802.16 bao gồm trạm phát BS (Base Station) ngƣời sử dụng (SS-Subcribe Station ) Trong vùng phủ sóng, trạm BS điều khiển tồn truyền liệu (Traffic) Điều có nghĩa khơng có trao đổi truyền thơng SS với Nối kết BS SS gồm kênh Downlink Uplink Kênh Uplink chia cho nhiều SS kênh Downlink có đặc điểm Broadcast Trong trƣờng hợp khơng có vật cản BS SS (Line of sight ), thông tin đƣợc trao đổi băng tần cao Ngƣợc lại, thông tin đƣợc trao đổi băng tần thấp để chống lại nhiễu Các c uẩn bổ sung c a WIMAX 90 Chuẩn 802.16a: Chuẩn sử dụng băng tần có quyền từ 2-11 Ghz Đây băng tần thu hút đƣợc nhiều quan tâm tín hiệu truyền vƣợt đƣợc chƣớng ngại đƣờng truyền 802.16a cịn thích ứng cho việc triển khai mạng Mesh mà thiết bị cuối (Terminal) liên lạc với BS thơng qua thiết bị cuối khác Với đặc tính này, vùng phủ sóng 802.16a BS đƣợc nới rộng Chuẩn 802.16b: Chuẩn hoạt động băng tần 5-6Ghz với mục đích cung ứng dịch vụ với chất lƣợng cao (QoS) Cụ thể chuẩn ƣu tiên truyền thông tin ứng dụng Video, thoại, Real-time thông qua lớp dịch vụ khác (Class of Service) Chuẩn 802.16c: Chuẩn định nghĩa sóng Profile cho dải băng tần từ 10-66 Ghz với mục đích cải tiến Interoperability Chuẩn 802.16d: Có số cải tiến nhỏ so với 802.16a Chuẩn đƣợc chuẩn hố 2004 Các thiết bị Pre-WIMAX có thị trƣờng dựa vào chuẩn Chuẩn 802.16e: Đang giai đoạn hồn thiện chuẩn hố Đặc điểm bật chuẩn khả cung cấp dịch vụ di động (vận tốc di chuyển lớn mà sử dụng dịch vụ lên đến 100 Km/h ) Ngồi ra, cịn có nhiều chuẩn bổ sung khác đƣợc triển khai giai đoạn chuẩn hoá nhƣ 802.16g, 802.16f, 802.16h… .4 C ng nghệ O M ch việc t u ền dẫn v tu n ạng WiMax WiMax sử dụng công nghệ OFDM giao diện vô tuyến để truyền tải liệu cho phép thuê bao truy nhập kênh Cũng có nhiều cơng nghệ khác giao diện nhƣ FDM, CDMA Tuy nhiên OFDM chứng tỏ có ƣu việt nhiều tốc độ truyền, tỷ lệ lỗi bit, nhƣ hiệu sử dụng phổ tần nên đƣợc IEEE chọn làm công nghệ truyền dẫn cho truyền thông vô tuyến băng rộng chuẩn IEEE 802.16e Chú ý r ng môi trƣờng truyền thông vô tuyến trƣờng khắc nghiệt truyền 91 dẫn thơng tin Nó gây suy hao tín hiệu biên độ nhƣ suy hao lựa chọn tần số, kèm theo hiệu ứng pha đinh đa đƣờng Sự suy hao đặc biệt tăng nhanh theo khoảng cách tần số cao, ngồi cịn tùy thuộc vào địa hình thành thị, đồng b ng hay miền núi mà suy giảm khác Hình 5.2 Bảng dƣới nghiên cứu hệ thống ISM tần số 2,4GHz UNII tần số 5,4GHz minh hoạ suy giảm theo khoảng cách loại địa hình với điều kiện truyền dẫn khác Hình 5.13 Suy giảm tín hiệu th o khoảng h ảng Sự suy giảm tín hiệu mơi trƣờng vơ tuyến M tả Khu vực trung tâm thành phố nhiều nhà cao tầng Mức ộ u giả 20dB thay đổi từ phố tới phố khác Khu vực ngoại nhà cao tầng tăng 10dB tín hiệu so với vùng trung tâm Khu nơng thơn tăng 20dB tín hiệu so với vùng ngoại Khu vực địa hình khơng vùng nhiều cối cơng suất tín hiệu thay đổi từ 3-12dB Trong môi trƣờng truyền dẫn đa đƣờng, nhiễu xuyên ký tự (ISI) gây tín hiệu phản xạ có thời gian trễ khác từ hƣớng khác từ phát đến thu điều tránh khỏi ảnh hƣởng làm biến dạng hoàn 92 toàn mẫu tín hiệu khiến bên thu khơng thể khơi phục lại đƣợc tín hiệu gốc ban đầu Các kỹ thuật sử dụng trải phổ trực tiếp DS-CDMA nhƣ chuẩn 802.11b dễ bị ảnh hƣởng nhiễu đa đƣờng thời gian trễ vƣợt q khoảng thời gian ký tự OFDM sử dụng kỹ thuật truyền song song nhiều băng tần nên kéo dài thời gian truyền ký tự lên nhiều lần Ngoài ra, OFDM chèn thêm khoảng bảo vệ (guard interval - GI), thƣờng lớn thời gian trễ tối đa kênh truyền, hai ký tự nên nhiễu ISI bị loại bỏ hồn tồn Nhiễu lựa chọn tần số vấn đề gây ảnh hƣởng lớn đến chất lƣợng truyền thơng tín hiệu Tuy nhiên, OFDM mềm dẻo CDMA giải vấn đề OFDM khơi phục lại kênh truyền thơng qua tín hiệu dẫn đƣờng (Pilot) đƣợc truyền với dịng tín hiệu thơng tin Ngồi ra, kênh suy giảm nghiêm trọng tần số OFDM cịn có lựa chọn để giảm tỷ lệ lỗi bit giảm bớt số bít mã hố cho tín hiệu điều chế kênh tần số Mặc dù vậy, OFDM khơng phải khơng có nhƣợc điểm, địi hỏi khắt khe vấn đề đồng sai lệch tần số, ảnh hƣởng hiệu ứng Doppler di chuyển lệch pha gây nhiễu giao thoa tần số (Intercarrier interference - ICI) mà kết phá bỏ trực giao tần số sóng mang làm tăng tỷ số bít lỗi (BER) Tuy nhiên OFDM giảm bớt phức tạp vấn đề đồng thông qua khoảng bảo vệ (GI) Sử dụng chuỗi bảo vệ (GI) cho phép OFDM điều chỉnh tần số thích hợp việc thêm GI đồng nghĩa với việc giảm hiệu sử dụng phổ tần số Ngoài OFDM chịu ảnh hƣởng nhiễu xung, có nghĩa xung tín hiệu nhiễu tác động xấu đến chùm tín hiệu thay số ký tự nhƣ CDMA điều làm tăng tỷ lệ lỗi bit OFDM so với CDMA Ứng dụng củ WIMAX WIMAX chuẩn không dây băng thơng rộng hỗ trợ cho lĩnh vực máy tính truyền thơng, với hiệu chi phí cao Nó đƣợc thiết kế để phục vụ cho nhiều môi trƣờng khác (doanh nghiệp, ngƣời sống bình thƣờng, 93 hay dịch vụ cơng cộng), khơng kể đến vị trí vật lý (vùng thành thị, ngoại ô, hay nông thôn) hay khoảng cách gần xa Về kĩ thuật, chuẩn WIMAX đƣợc phát triển với nhiều mục tiêu đề ra, tập trung tính đa dụng, hiệu suất cao mà chi phí thấp Hình 5.14 M tả hệ th ng WIM X Kiến trúc mềm dẻo WIMAX hỗ trợ vài kiến trúc hệ thống bao gồm Point-to-Point, Point-to-MultiPoint Uniquitous coverage (bao phủ toàn bộ) WIMAX MAC (Media Access Control) hỗ trợ Point-to-MultiPoint Ubiquitous b ng cách định khoảng thời gian cho Subcriber Station (SS-trạm đăng kí) Nếu có SS mạng WIMAX Base Station (BS-trạm sở) giao tiếp với SS b ng Point-to-Point Bảo mật cao WIMAX hỗ trợ AES (Advanced Encryption Standard) 3DES (Triple Data Encryption Standard) Đƣờng truyền SS BS đƣợc mã hố hồn tồn, đảm bảo độ tin cậy dịch vụ Ngoài WIMAX hỗ trợ VLAN, đảm bảo tín riêng tƣ liệu ngƣời dùng BS 94 WIMAX QoS WIMAX tối ƣu truyền loại liệu khác nhau, dựa loại dịch vụ là: Unsolicited Grant Service (UGS), Real Time Polling Service (rtPS), Non Real Time Polling Service (nrtPS) Best Effort (BE) Tri n k nhanh Triển khai không cần kéo cáp, cần dải băng thơng, cột thu phát sóng (antenna) thiết bị đƣợc cài đặt với nguồn điện, WIMAX sẵn sàng hoạt động Trong đa số trƣờng hợp, WIMAX triển khai vòng vài giờ, so sánh với hàng tháng với giải pháp khác Multi-Level - Service Quản lý băng thơng thực xa dựa tảng Service Level Agreement (SLA-mức độ phục vụ chấp nhận đƣợc) nhà cung cấp ngƣời dùng cuối Và nhà cung cấp đáp ứng SLA khác cho ngƣời dùng chí SS Interoperability - t ơng tác WIMAX dựa tảng quốc tế, trung lập với nhà sản xuất Điều thuận lợi cho ngƣời dùng di chuyển sử dụng đăng kí họ nhiều vùng khác khác nhà cung cấp Tính tƣơng tác bảo vệ cho nhà điều hành sử dụng nhiều thiết bị sóng khác mạng, chống tính độc quyền kết giá thiết bị giảm đáng kể Portability-di c uy n đ c Nhƣ hệ thống cellular nay, WIMAX SS bật lên, tự động kết nối với BS, xác định đặc tính đƣờng truyền với BS dựa sở liệu SS đăng kí thực truyền liệu Mobility-di động Chuẩn IEEE 802.16e bổ sung sóng đặc tính hỗ trợ di động, cho phép tốc độ di chuyển lên đến 160 km/h 95 iệu c i p í WIMAX chuẩn mở mang tính quốc tế, sử dụng cơng nghệ chipset chi phí thấp, nên giá thành giảm xuống đáng kể.Và kết ngƣời dùng với nhà cung cấp dịch vụ tiết kiệm đƣợc chi phí Bao p rộng WIMAX có khả bao phủ vùng địa lý rộng lớn mà đƣờng BS SS khơng có vật cản Non-line-of-sight (NLOS ) Khả giúp sản phẩm WIMAX phân phối băng thơng rộng mơi trƣờng NLOS, đặc tính mà thiết bị khơng dây khác khơng có Cơng suất lớn Sử dụng phát sóng kênh băng thơng lớn, WIMAX cung cấp băng thơng đáng kể cho ngƣời dùng Kĩ thuật WIMAX thực làm đƣợc cách mạng phƣơng tiện liên lạc Nó cung cấp đầy đủ tự cho ngƣời dùng yêu cầu khả di động cao, cho phép họ sử dụng dịch vụ voice, data, video thiết bị Ngoài WIMAX cho phép ngƣời ta di chuyển địa điểm từ nhà, văn phòng, đƣờng hay tất nơi giới mà dịch vụ đƣợc cung cấp khơng ảnh hƣởng Để hình dung đƣợc khả WIMAX đáp ứng nhu cầu ngƣời nhƣ nào, ta xem xét số mơ hình ứng dụng WIMAX mạng nội nhƣ dịch vụ công cộng K t uận Hệ thống DVB-T sử dụng kỹ thuật OFDM, thông tin cần phát đƣợc phân chia vào lƣợng lớn sóng mang Các sóng mang chồng lên miền thời gian tần số đƣợc mã hoá riêng biệt, giao thoa ảnh hƣởng đến vài sóng mang tối thiểu hoá âm nhiễu 96 Nhƣ xét chƣơng trƣớc, ta thấy việc ứng dụng OFDM có hiệu lớn truyền hình số mặt đất (DVB-T), nhờ khả chống lại nhiễu ISI,ICI gây hiệu ứng đa đƣờng Trong chƣơng tiếp trình bày chƣơng trình mơ truyền dẫn tín hiệu hệ thống OFDM có nhiễu trắng cộng (AWGN) Có thể nói WIMAX chuẩn đƣợc ngƣời mong đợi tính ƣu việt thiết kế nhƣ ứng dụng Hệ thống WIMAX đƣợc tích hợp nhiều cơng nghệ nhanh hiệu WIMAX sử dụng kĩ thuật OFDM nh m tận dụng tối đa băng thông tiết kiệm đƣợc nguồn tài nguyên tần số, đồng thời nâng cao tốc độ đƣờng truyền đáp ứng đƣợc nhu cầu dịch vụ đòi hỏi ứng dụng thời gian thực 97 KẾT LUẬN Công nghệ ghép kênh phân chia theo tần số trực giao - OFDM công nghệ đại cho truyền thông tƣơng lai Hiện việc nghiên cứu ứng dụng OFDM không ngừng đƣợc nghiên cứu mở rộng phạm vi ứng dụng ƣu điểm việc tiết kiệm băng tần khả chống lại fading chọn lọc tần số nhƣ xuyên nhiễu băng hẹp Đồ án tìm hiểu, trình bày vấn đề kỹ thuật OFDM nhƣ số vấn đề kỹ thuật cho công nghệ OFDM, OFDMA khả ứng dụng OFDM vào công nghệ tƣơng lai Đồng vấn đề quan trọng không hệ thống OFDM mà hệ thống khác Hệ thống OFDM yêu cầu khắt khe vấn đề đồng sai lệch tần số, ảnh hƣởng hiệu ứng Doppler di chuyển lệch pha gây nhiễu giao thoa tần số (ICI) Trong hệ thống OFDM nào, hiệu suất cao phụ thuộc vào tính đồng hóa máy phát máy thu, làm tính xác định thời dẫn đến nhiễu ISI ICI độ xác tần số Việc tìm hiểu tổng quan OFDM giải vấn đề kỹ thuật hệ thống OFDM, hƣớng đến ứng dụng OFDM tƣơng lai nhƣ: Nghiên cứu, tìm hiểu số hệ thống OFDM nâng cao nhƣ VOFDM (Vector OFDM), COFDM (Coded OFDM), WOFDM (Wideband OFDM), Kết hợp OFDM với công nghệ khác nhƣ FDMA, TDMA CDMA để tạo thành kỹ thuật đa truy cập thông tin di động Ứng dụng OFDM DVB-T, WLAN, OFDMA, Ứng dụng công nghệ OFDM WiMAX Do hạn chế thời gian lực nên nội dung đồ án tốt nghiệp khơng tránh khỏi sai sót, em mong thầy bạn quan tâm góp ý thêm Một lần em xin chân thành cảm ơn cô giáo - Ts Nguyễn Thị Quỳnh Hoa tận tình bảo giúp đỡ em hồn thành đồ án tốt nghiệp 98 Em xin gởi lời cảm ơn tới tồn thể thầy giáo khoa Điện tử - Viễn thông trƣờng Đại Học Vinh bạn bè giúp đỡ em trình học tập rèn luyện vừa qua 99 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Văn Đức,“L thuyết ứng dụng ủ kỹ thuật O DM”, Nhà xuất khoa học kỹ thuật Hà Nội, 2006 [2] Nguyễn Ngọc Tiến, "Một s vấn đề kỹ thuật O DM ", Tạp chí Bƣu Chính Viễn Thơng & Cơng Nghệ Thơng Tin, kỳ 1(10/2003) [3] Nguyễn Phan Anh Dũng, "Bài giảng l thuyết trải phổ đ truy nhập v tuyến" [4] http://www.tapchibcvt.gov.vn/News/PrintView.aspx?ID=15786, truy cập đến ngày 24/04/2011 [5] Giáo trình truyền hình số [6] Đặng Văn Chuyết & Nguyễn Tuấn Anh, "C sở l thuyết truyền tinTập h i ", Nhà xuất Giáo dục, 2000 100 ... nhu cầu truy nhập ,và sử dụng hiệu tài nguyên vô tuyến mà công nghệ đa truy nhập đƣợc phát triển cải tiến, công nghệ đa truy nhập theo tần số trực giao (OFDMA) với ƣu điểm đƣợc nghiên cứu ứng... dụng mà công nghệ đƣợc phân chia thành: đa truy nhập phân chia theo tần số (FDMA), đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA), đa truy nhập phân chia theo mà (CDMA), đa truy nhập phân chia theo. .. (SDMA), đa truy nhập theo tần số trực giao (OFDMA) Các hệ thống thông tin di động sử dụng kết hợp công nghệ đa truy nhập để phân bổ hiệu tài nguyên cho ngƣời sử dụng Công nghệ đa truy nhập phân