Công nghệ ofdm và một vài ứng dụng

Đồ án tốt nghiệp đại học công nghệ ofdm vài ứng dụng LỜI MỞ ĐẦU Kỹ thuật thông tin ngày phát triển, đặc biệt thông tin vơ tuyến địi hỏi u cầu cao số lượng chất lượng dịch vụ Trước yêu cầu này, nhiều nghiên cứu thực nhằm để tăng dung lượng truyền dẫn nâng cao chất lượng truyền dẫn hệ thống thông tin di động Một nghiên cứu đó, giải thuật thích nghi đời áp dụng thành cơng hầu hết kĩ thuật đa truy cập nói chung Trong năm gần đây, kĩ thuật ghép kênh phân chia theo tần số trực giao OFDM xem toán nhằm giải vấn đề fading chọn lọc tần số, nhiễu băng hẹp tiết kiệm phổ tần Theo nguyên lý OFDM chia dòng liệu tốc độ cao thành dòng liệu tốc độ thấp phát sóng mang Có thể thấy rằng, số điều kiện cụ thể ta tăng dung lượng OFDM cách làm thay đổi tốc độ liệu sóng mang tùy theo tỉ số tín hiệu nhiễu SNR sóng mang Trên sở đó, đồ án đưa số giải pháp cụ thể nhằm nâng cao dung lượng hệ thống chất lượng truyền dẫn tín hiệu là: thích nghi theo SNR phát sóng mang con; thích nghi theo mức điều chế; thích nghi theo chế chọn lọc sóng mang Trên định hướng đó, đồ án chia thành chương sau: Chương Giới thiệu kĩ thuật OFDM Trong chương trình bày tổng quan hệ thống OFDM, phương thức điều chế sử dụng hệ thống OFDM, nhiễu ISI, ICI rõ ưu nhược điểm sử dụng hệ thống OFDM Đồ án tốt nghiệp đại học công nghệ ofdm vài ứng dụng Chương Ảnh hưởng kênh vô tuyến đến truyền dẫn tín hiệu Chương giới thiệu đặc tính,ảnh hưởng kênh truyền truyền dẫn tín hiệu đồng thời sở cho việc nghiên cứu truyền hình số mặt đất DVB-T Chương Các vấn đề kĩ thuật hệ thống OFDM Chương trình bày tổng quan vấn đề đồng tỷ số công suất đỉnh cơng suất trung bình (PAPR) hệ thống OFDM Chương Một vài ứng dụng công nghệ OFDM Do khả kiến thức thời gian có hạn, nên thiếu sót điều khó tránh khỏi, kính mong thầy bạn góp ý để đồ án hồn thiện Em xin chân thành cảm ơn giúp đỡ tận tình Thầy giáo Nguyễn Hoa Lư Thầy Cô Khoa để em hoàn thành tốt đề tài tốt nghiệp Vinh, ngày 15 tháng năm 2010 Sinh viên thực Hải Trần Văn Hải Đồ án tốt nghiệp đại học công nghệ ofdm vài ứng dụng CHƢƠNG GIỚI THIỆU VỀ KĨ THUẬT OFDM 1.1 Giới thiệu chƣơng Phương thức truyền liệu cách chia nhỏ thành nhiều luồng bit sử dụng chúng để điều chế nhiều sóng mang sử dụng cách 30 năm Ghép kênh phân chia theo tần số trực giao OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) trường hợp đặc biệt truyền dẫn đa sóng mang, tức chia nhỏ luồng liệu tốc độ cao thành nhiều luồng liệu tốc độ thấp truyền đồng thời kênh truyền OFDM phương thức điều chế hấp dẫn cho kênh có đáp tuyến tần số khơng phẳng, lịch sử OFDM 1960 Trong OFDM, băng thông khả dụng chia thành số lượng lớn kênh con, kênh nhỏ đáp ứng tần số giả sử không đổi kênh Luồng thông tin tổng quát chia thành luồng thông tin con, luồng thông tin truyền kênh khác Những kênh trực giao với dễ dàng khôi phục lại đầu thu Chính điều quan trọng làm giảm xuyên nhiễu symbol (ISI) làm hệ thống OFDM hoạt động tốt kênh fading nhiều tia Dựa vào lợi ích tiến kỹ thuật RF DSP, hệ thống OFDM đạt tốc độ cao truy xuất vơ tuyến với chi phí thấp hiệu sử dụng phổ cao Trong hệ thống FDM (Frequency Division Multiplexer) truyền thống, băng tần số tổng tín hiệu chia thành N kênh tần số không trùng lặp Mỗi kênh điều chế với symbol riêng lẻ sau N kênh ghép kênh tần số với Điều giúp tránh việc chồng lấp phổ kênh giới hạn xuyên nhiễu kênh với Tuy nhiên, điều Đồ án tốt nghiệp đại học công nghệ ofdm vài ứng dụng dẫn đến hiệu suất sử dụng phổ thấp Để khắc phục vấn đề hiệu suất, nhiều ý kiến đề xuất từ năm 60 sử dụng liệu song song FDM với kênh chồng lấp nhau, sóng mang tín hiệu có băng thơng 2b cách khoảng tần b để tránh tượng cân tốc độ cao, chống lại nhiễu xung nhiễu đa đường, sử dụng băng tần cách có hiệu Ý nghĩa trực giao cho ta biết có quan hệ tốn học xác tần số sóng mang hệ thống Trong hệ thống ghép kênh phân chia tần số thông thường, nhiều sóng mang cách phần tín hiệu thu đầu thu lọc giải điều chế thông thường Trong thu thế, khoảng tần bảo vệ đưa vào sóng mang khác miền tần số làm cho hiệu suất sử dụng phổ giảm Vào năm 1971, Weinstein Ebert ứng dụng biến đổi Fourier rời rạc (DFT) cho hệ thống truyền dẫn liệu song song phần trình điều chế giải điều chế Điều làm giảm số lượng phần cứng đầu phát đầu thu Thêm vào đó, việc tính tốn phức tạp giảm cách đáng kể việc sử dụng thuật toán biến đổi Fourier nhanh (FFT), đồng thời nhờ tiến gần kỹ thuật tích hợp với tỷ lệ cao (VLSI) kỹ thuật xử lý tín hiệu số (DSP) làm chíp FFT tốc độ cao, kích thước lớn đáp ứng cho mục đích thương mại làm giảm chi phí bổ sung hệ thống OFDM cách đáng kể Hiện nay, OFDM sử dụng nhiều hệ thống ADSL, hệ thống không dây IEEE802.11 (Wi-Fi) IEEE 802.16 (WiMAX), phát quảng bá âm số (DAB), phát quảng bá truyền hình số mặt đất chất lượng cao (HDTV) Đồ án tốt nghiệp đại học công nghệ ofdm vài ứng dụng 1.2 Khái niệm OFDM OFDM kĩ thuật ghép kênh phân chia theo tần số trực giao OFDM phân toàn băng tần thành nhiều kênh băng hẹp, kênh có sóng mang Các sóng mang trực giao với sóng mang khác có nghĩa có số ngun lần lặp chu kỳ kí tự Vì vậy, phổ sóng mang “khơng” tần số trung tâm tần số sóng mang khác hệ thống Kết khơng có nhiễu sóng mang phụ Hình 1.1 Sóng mang OFDM 1.3 Ngun lý OFDM Nguyên lý OFDM chia nhỏ luồng liệu tốc độ cao trước phát thành nhiều luồng liệu tốc độ thấp phát luồng liệu sóng mang khác Các sóng mang trực giao với nhau, điều thực cách chọn độ giãn tần số cách hợp lý Bởi khoảng thời symbol tăng lên cho sóng mang song song tốc độ thấp hơn, lượng nhiễu gây độ trải trễ đa đường giảm xuống Nhiễu xuyên ký tự ISI hạn chế hoàn toàn việc đưa vào Đồ án tốt nghiệp đại học công nghệ ofdm vài ứng dụng khoảng thời bảo vệ symbol OFDM Trong khoảng thời bảo vệ, symbol OFDM mở rộng theo chu kỳ để tránh xuyên nhiễu sóng mang ICI Ch.1 Ch.10 Tần số (a) Khoảng thơng tiết kiệm Tần số (b) Hình 1.2 Kỹ thuật đa sóng mang khơng chồng xung chồng xung Hình 1.2 minh họa khác kỹ thuật điều chế đa sóng mang khơng chồng xung kỹ thuật đa sóng mang chồng xung Bằng cách sử dụng kỹ thuật đa sóng mang chồng xung, ta tiết kiệm khoảng 50% băng thông Tuy nhiên, kỹ thuật đa sóng mang chồng xung, cần triệt để giảm xuyên nhiễu sóng mang, nghĩa sóng cần phải trực giao với Về chất, OFDM trường hợp đặc biệt phương thức phát đa sóng mang theo nguyên lý chia dòng liệu tốc độ cao thành tốc độ thấp phát đồng thời số sóng mang 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 đường (multipath) giảm xuống Đồ án tốt nghiệp đại học công nghệ ofdm vài ứng dụng OFDM khác với FDM nhiều điểm Trong phát thông thường 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 kết hợp dòng liệu ghép kênh đơn Sau liệu truyền sử dụng khối OFDM tạo từ gói dày đặc nhiều sóng mang Tất sóng mang thứ cấp tín hiệu OFDM đồng thời gian tần số với nhau, cho phép kiểm soát can nhiễu sóng mang Các sóng mang chồng lấp miền tần số, 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 với OFDM đóng gói trực giao sóng mang làm giảm đáng kể khoảng bảo vệ cải thiện hiệu phổ Hình 1.3 Sơ đồ hệ thống OFDM Đồ án tốt nghiệp đại học công nghệ ofdm vài ứng dụng Ban đầu, dòng liệu đầu vào với tốc độ cao chia thành nhiều dòng liệu song song tốc độ thấp nhờ chuyển đổi nối tiếp-song song Mỗi dòng liệu song song sau điều chế sóng mang cao tần Sau đưa đến đầu vào khối IFFT Sau khoảng bảo vệ chèn vào để giảm nhiễu xuyên ký tự (ISI), nhiễu xuyên kênh (ICI) truyền kênh vô tuyến di động đa đường tiến hành chèn từ đồng khung Cuối thực điều chế cao tần, khuếch đại cơng suất phát từ anten Trong q trình truyền, kênh có nguồn nhiễu tác động đến nhiễu Gausian trắng cộng Ở phía thu, tín hiệu thu chuyển xuống tần số thấp tín hiệu rời rạc nhận sau D/A thu Khoảng bảo vệ loại bỏ mẫu chuyển đổi từ miền thời gian sang miền tần số phép biến đổi FFT dùng thuật toán FFT (khối FFT) Sau đó, tùy vào sơ đồ điều chế sử dụng, dịch chuyển biên độ pha sóng mang xếp ngược trở lại giải mã Cuối cùng, nhận lại dòng liệu nối tiếp ban đầu sau chuyển từ song song nối tiếp 1.4 Điều chế sóng mang Sau mã hóa xen kẽ, dịng bit nhánh điều chế BPSK, QPSK, 16-QAM, 64-QAM Dòng bit nhánh xếp thành nhóm có Nbs (1, 2, 4, 6) bit khác tương ứng với phương pháp điều chế BPSK, QPSK, 16-QAM, 64-QAM Hay nói cách khác dạng điều chế quy định số bit ngõ vào cặp giá trị (I, Q) ngõ Chẳng hạn: ta sử dụng phương pháp điều chế 64-QAM có bit đầu vào tổ chức thành nhóm tương ứng cho số phức đồ thị hình đặc trưng cho kiểu điều chế 64-QAM (64-QAM constellation) Trong bit bit LSB (b0 b1 b2) biểu thị cho giá trị I, bit MSB (b3 b4 b5) biểu thị cho giá trị Q Đồ án tốt nghiệp đại học công nghệ ofdm vài ứng dụng Bảng giá trị mã hóa 64-QAM b0 b1 b2 I b3 b4 b5 Q 000 -7 000 -7 001 -5 001 -5 011 -3 011 -3 010 -1 010 -1 110 110 111 111 101 101 100 100 1.5 Điều chế sóng mang cao tần Đầu điều chế OFDM tín hiệu băng tần sở, tín hiệu trộn nâng tần lên tần số truyền dẫn vô tuyến Có thể sử dụng hai kỹ thuật điều chế sóng mang cao tần là: "tương tự" cho hình (1.4) "số" cho hình (1.5) Tuy nhiên hiệu điều chế số tốt hơn, đồng pha xác cải thiện trình ghép kênh I Q Hình 1.4.Điều chế cao tần tín hiệu OFDM băng tần sở phức sử dụng kỹ thuật tương tự Đồ án tốt nghiệp đại học công nghệ ofdm vài ứng dụng Hình 1.5 Điều chế cao tần tín hiệu OFDM băng tần sở phức sử dụng kỹ thuật số 1.6 Sự trực giao Trực giao có mối quan hệ tốn học xác tần số sóng mang hệ thống OFDM Trong hệ thống FDM thơng thường, nhiều sóng mang cách khoảng phù hợp để tín hiệu thu nhận lại cách sử dụng lọc giải điều chế thông thường Trong máy vậy, khoảng bảo vệ cần dự liệu trước sóng mang khác việc đưa vào khoảng bảo vệ làm giảm hiệu sử dụng phổ hệ thống Tuy nhiên xếp sóng mang OFDM cho dải biên chúng che phủ lên mà tín hiệu thu xác mà khơng có can nhiễu sóng mang Muốn sóng mang phải trực giao mặt toán học Máy thu hoạt động gồm giải điều chế, dịch tần sóng mang xuống mức DC, tín hiệu nhận lấy tích phân chu kỳ symbol để phục hồi liệu gốc Nếu tất sóng mang khác dịch xuống tần số tích phân sóng mang (trong chu kỳ symbol T) kết tính tích phân cho sóng mang khác zero Do sóng mang độc lập tuyến tính với (trực giao) khoảng cách sóng bội số 1/T Bất kì phi tuyến gây can nhiễu sóng mang ICI làm tính trực giao 10 Đồ án tốt nghiệp đại học công nghệ ofdm vài ứng dụng với 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 nhược điểm, địi hỏi khắt khe vấn đề đồng sai lệch tần số, ảnh hưởng 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 hưởng nhiễu xung, có nghĩa xung tín hiệu nhiễu tác động xấu đến chùm tín hiệu thay số ký tự CDMA điều làm tăng tỷ lệ lỗi bit OFDM so với CDMA 4.2.5 Ứng dụng WIMAX WIMAX chuẩn không dây băng thông rộng hỗ trợ cho lĩnh vực máy tính truyền thơng, với hiệu chi phí cao Nó thiết kế để phục vụ cho nhiều mơi trường khác (doanh nghiệp, người sống bình thường, 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 phát triển với nhiều mục tiêu đề ra, tập trung tính đa dụng, hiệu suất cao mà chi phí thấp 67 Đồ án tốt nghiệp đại học cơng nghệ ofdm vài ứng dụng Hình 4.15 Mơ tả hệ thống WIMAX  Kiến trúc mềm dẻo WIMAX hỗ trợ vài kiến trúc hệ thống bao gồm Point-to-Point, Pointto-MultiPoint Uniquitous coverage (bao phủ toàn bộ) WIMAX MAC (Media Access Control) hỗ trợ Point-to-MultiPoint Ubiquitous 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 Point-to-Point  Bảo mật cao WIMAX hỗ trợ AES (Advanced Encryption Standard) 3DES (Triple Data Encryption Standard) Đường truyền SS BS mã hoá hoàn toàn, đảm bảo độ tin cậy dịch vụ Ngồi WIMAX hỗ trợ VLAN, đảm bảo tín riêng tư liệu người dùng BS  WIMAX QoS 68 Đồ án tốt nghiệp đại học cơng nghệ ofdm vài ứng dụng WIMAX tối ưu 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)  Triển khai nhanh Triển khai không cần kéo cáp, cần dải băng thơng, cột thu phát sóng (antenna) thiết bị cài đặt với nguồn điện, WIMAX sẵn sàng hoạt động Trong đa số trường hợp, WIMAX triển khai vịng vài giờ, so sánh với hàng tháng với giải pháp khác  Multi-Level - Service Quản lý băng thông thực xa dựa tảng Service Level Agreement (SLA-mức độ phục vụ chấp nhận được) nhà cung cấp người dùng cuối Và nhà cung cấp đáp ứng SLA khác cho người dùng chí SS  Interoperability - tƣơng tác WIMAX dựa tảng quốc tế, trung lập với nhà sản xuất Điều thuận lợi cho người dùng di chuyển sử dụng đăng kí họ nhiều vùng khác khác nhà cung cấp Tính tương 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 chuyển đƣợc Như hệ thống cellular nay, WIMAX SS bật lên, tự động kết nối với BS, xác định đặc tính đường 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 69 Đồ án tốt nghiệp đại học công nghệ ofdm vài ứng dụng  Hiệu chi phí WIMAX chuẩn mở mang tính quốc tế, sử dụng cơng nghệ chipset chi phí thấp, nên giá thành giảm xuống đáng kể.Và kết người dùng với nhà cung cấp dịch vụ tiết kiệm chi phí  Bao phủ rộng WIMAX có khả bao phủ vùng địa lý rộng lớn mà đường BS SS khơng có vật cản  Non-line-of-sight (NLOS ) Khả giúp sản phẩm WIMAX phân phối băng thơng rộng mơi trường 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 thông đáng kể cho người dùng Kĩ thuật WIMAX thực làm cách mạng phương tiện liên lạc Nó cung cấp đầy đủ tự cho người dùng yêu cầu khả di động cao, cho phép họ sử dụng dịch vụ voice, data, video thiết bị Ngồi WIMAX cho phép người ta di chuyển địa điểm từ nhà, văn phòng, đường hay tất nơi giới mà dịch vụ cung cấp không ảnh hưởng Để hình dung khả WIMAX đáp ứng nhu cầu người nào, ta xem xét số mơ hình ứng dụng WIMAX mạng nội dịch vụ công cộng 70 Đồ án tốt nghiệp đại học công nghệ ofdm vài ứng dụng 4.3 Kết luận Hệ thống DVB-T sử dụng kỹ thuật OFDM, thông tin cần phát phân chia vào lượng lớn sóng mang Các sóng mang chồng lên miền thời gian tần số mã hố riêng biệt, giao thoa ảnh hưởng đến vài sóng mang tối thiểu hoá âm nhiễu Như xét chương trước, 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 đường Trong chương tiếp trình bày chương trình mơ truyền dẫn tín hiệu hệ thống OFDM có nhiễu trắng cộng (AWGN) Có thể nói WIMAX chuẩn người mong đợi tính ưu việt thiết kế ứng dụng Hệ thống WIMAX tích hợp nhiều cơng nghệ nhanh hiệu WIMAX sử dụng kĩ thuật OFDM nhằm tận dụng tối đa băng thông tiết kiệm nguồn tài nguyên tần số, đồng thời nâng cao tốc độ đường truyền đáp ứng nhu cầu dịch vụ đòi hỏi ứng dụng thời gian thực 71 Đồ án tốt nghiệp đại học công nghệ ofdm vài ứng dụng KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Công nghệ ghép kênh phân chia theo tần số trực giao - OFDM công nghệ đại cho truyền thông tương lai Hiện việc nghiên cứu ứng dụng OFDM không ngừng nghiên cứu mở rộng phạm vi ứng dụng ưu điểm việc tiết kiệm băng tần khả chống lại fading chọn lọc tần số xuyên nhiễu băng hẹp Đồ án tìm hiểu, trình bày vấn đề kỹ thuật OFDM số vấn đề kỹ thuật cho công nghệ OFDM khả ứng dụng OFDM vào công nghệ tương lai Đồng vấn đề quan trọng khơng hệ thống OFDM mà cịn hệ thống khác Hệ thống OFDM yêu cầu khắt khe vấn đề đồng sai lệch tần số, ảnh hưởng 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, hướng đến ứng dụng OFDM tương lai như:  Nghiên cứu, tìm hiểu số hệ thống OFDM nâng cao VOFDM (Vector OFDM), COFDM (Coded OFDM), WOFDM (Wideband OFDM),  Kết hợp OFDM với công nghệ khác FDMA, TDMA CDMA để tạo thành kỹ thuật đa truy cập thông tin di động  Ứng dụng OFDM DVB-T, WLAN, OFDMA, 72 Đồ án tốt nghiệp đại học công nghệ ofdm vài ứng dụng  Ứng dụng công nghệ OFDM WiMAX Mặc dù em cố gắng kiến thức có hạn nên đề tài tránh khỏi sai sót, mong qua đề tài em có kinh nghiệm hữu ích cho sau Một lần em xin chân thành cảm ơn đến tất Thầy, Cơ giúp em hồn thành luận văn 73 Đồ án tốt nghiệp đại học công nghệ ofdm vài ứng dụng TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Th.S Nguyễn Ngọc Tiến, “Một số vấn đề kỹ thuật OFDM”, Tạp chí Bưu Chính Viễn Thông & Công Nghệ Thông Tin, Kỳ (10/2003) [2] TS Nguyễn Phạm Anh Dũng, “Lý thuyết trải phổ ứng dụng”, Nhà xuất Bưu điện 2001 [3] Quách Tuấn Ngọc, “Xử lý tín hiệu số” , Nhà xuất Giáo dục -1999 [4] Đặng Văn Chuyết & Nguyễn Tuấn Anh, “Cơ sở lý thuyết truyền tinTập hai “, Nhà xuất Giáo dục, 2000 [5] Cheng-Xiang Wang, Nguyễn Văn Đức, “Kỹ thuật thông tin số - tập 1”, Nhà xuất Khoa học kĩ thuật- Hà Nội 2006 [6] Th.S Nguyễn Hoàng Hải, Th.S Nguyễn Việt Anh, “Lập trình Matlab ứng dụng”, Nhà xuất Khoa học kỹ thuật - Hà Nội 2006 [7] TS Phạm Đắc Bi, K.S Lê Trọng Bằng, K.S Đỗ Anh Tú, “Các đặc điểm máy phát số DVB-T”, Tạp chí Bưu Chính Viễn Thơng & Cơng Nghệ Thông Tin, (8/2004) [8] Tạ Quốc Ưng, “Điện thoại di động truyền hình số mặt đất DVB-T”, Tạp chí Bưu Chính Viễn Thơng & Cơng Nghệ Thơng Tin (12/11/2003) [9] Phan Hương, “Công nghệ OFDM truyền dẫn vô tuyến băng rộng điểm-đa điểm tốc độ cao (54Mbit/s)”, Tạp chí Bưu Chính Viễn Thơng & Cơng Nghệ Thơng Tin (13/03/2006) [10] Richard van Nee, Ramjee Prasad, OFDM for Wireless Multimedia Communications, Artech House, 2000 74 Đồ án tốt nghiệp đại học công nghệ ofdm vài ứng dụng [11] Eric Phillip LAWREY BE (Hons), “Adaptive Techniques for Multiuser OFDM”, a thesis submitted for the degree of Doctor of Philosophy, Electrical and Computer Engineering School of Engineering, JAMES COOK University, Dec-2001 [12] ETS 300 744, “Digital broadcasting systems for television, sound and data services; framing structure, channel coding, and modulation for digital terrestrial television”, European Telecommunication Standard, Doc.300 744 [13] Digital Video Broadcasting The international Standard for Digital Television [14] IEEE 802.16a-2003: Air Interface for Fixed Broadband Wireless Access Systems [15] A Technical Overview and Comparison of WiMAX and 3G Technologies, December 2004 – Intel- Technical White Paper 75 Đồ án tốt nghiệp đại học công nghệ ofdm vài ứng dụng MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU CHƢƠNG GIỚI THIỆU VỀ KĨ THUẬT OFDM 1.1 Giới thiệu chương 1.2 Khái niệm OFDM 1.3 Nguyên lý OFDM 1.4 Điều chế sóng mang 1.5 Điều chế sóng mang cao tần 1.6 Sự trực giao 10 1.7 Tính trực giao miền tần số 13 1.8 Ứng dụng kĩ thuật IFFT/FFT kĩ thuật OFDM 14 1.9 Tiền tố lặp CP (Cyclic Prefix) 17 1.10 Các thông số đặc trưng hệ thống truyền dẫn OFDM 19 1.10.1 Cấu trúc tín hiệu OFDM 19 1.10.2 Các thông số miền thời gian 20 1.10.3 Các thông số miền tần số 20 1.11 Thông lượng kênh 21 1.12 Ưu điểm hệ thống OFDM 22 1.13 Các hạn chế sử dụng hệ thống OFDM 23 1.14 Kết luận 23 CHƢƠNG ẢNH HƢỞNG CỦA KÊNH VÔ TUYẾN ĐẾN TRUYỀN DẪN TÍN HIỆU 24 2.1 Giới thiệu chương 24 2.2 Tổng quan kênh vô tuyến di động 24 2.3 Suy hao đường truyền 24 2.4 Các loại Fading 26 76 Đồ án tốt nghiệp đại học công nghệ ofdm vài ứng dụng 2.4.1 Fading chậm fading nhanh 26 2.4.2 Fading Rayleigh 27 2.4.3 Fading lựa chọn tần số fading phẳng 27 2.5 Tạp âm trắng Gauss 28 2.6 Thông số tán xạ thời gian 28 2.7 Hiện tượng Doppler 29 2.8 Trải trễ tượng đa đường 29 2.9 Kết luận 30 CHƢƠNG CÁC VẤN ĐỀ KĨ THUẬT TRONG HỆ THỐNG OFDM 31 3.1 Giới thiệu chương 31 3.2 Tổng quan đồng hệ thống OFDM 32 3.2.1 Nhận biết khung 33 3.2.2 Ước lượng khoảng dịch tần số 34 3.2.2.1 Ước lượng phần thập phân 35 3.2.2.2 Ước lượng phần nguyên 36 3.3 Các vấn đề đồng hệ thống OFDM 37 3.3.1 Đồng tần số hệ thống OFDM 38 3.3.1.1 Đồng tần số lấy mẫu 38 3.3.1.2 Đồng tần số sóng mang 38 3.3.2 Đồng ký tự hệ thống OFDM 39 3.3.2.1 Đồng ký tự dựa ký hiệu pilot 40 3.3.2.2 Đồng ký tự dựa vào CP 42 3.3.2.3 Đồng khung ký tự dựa mã đồng khung 42 3.3.3 Ảnh hưởng sai lỗi đồng đến tiêu chất lượng hệ thống OFDM 44 3.4 Tỷ số công suất đỉnh cơng suất trung bình 45 77 Đồ án tốt nghiệp đại học công nghệ ofdm vài ứng dụng 3.5 Kết luận 46 CHƢƠNG MỘT VÀI ỨNG DỤNG CỦA CÔNG NGHỆ OFDM 48 4.1 Ứng dụng OFDM truyền hình số mặt đất DVB-T 48 4.1.1 Tổng quan DVB-T 48 4.1.2 Tính trực giao sóng mang OFDM DVB-T 52 4.1.3 Biến đổi IFFT điều chế tín hiệu DVB-T 53 4.1.4 Lựa chọn điều chế sở 54 4.1.5 Số lượng, vị trí nhiệm vụ sóng mang 55 4.1.6 Chèn khoảng thời gian bảo vệ 58 4.1.7 vận tốc dòng liệu máy phát số DVB-T 60 4.2 Ứng dụng OFDM WiMax 61 4.2.1 Định nghĩa WiMax 61 4.2.2 Đặc điểm WiMax 62 4.2.3 Các chuẩn WiMax 63 4.2.3.1 Chuẩn 802.16 63 4.2.3.2 Các chuẩn bổ sung WiMax 64 4.2.4 Công nghệ OFDM cho việc truyền dẫn vô tuyến mạng WiMax 64 4.2.5 Ứng dụng WiMax 67 4.3 Kết luận 71 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 72 TÀI LIỆU THAM KHẢO 74 78 Đồ án tốt nghiệp đại học công nghệ ofdm vài ứng dụng CÁC TỪ VIẾT TẮT DAB Hệ thống phát số Digital Audio Broadcasting truyền số liệu tốc độ cao Hệ thống truyền hình DVB-T Digital video broadcasting for terrestrial transmission mode ETSI số mặt đất the European Telecommunications Viện tiêu chuẩn viễn thông Standards Institute Châu Âu DFT Discrete Fourier Transform Biến đổi Furrier rời rạc IDFT Inverse Discrete Fourier Transform Biến đổi Furrier rời rạc ngược FFT Fast fourier transformer Biến đổi fourier nhanh IFFT Inverse FFT Biến đổi Furrier ngược nhanh PAPR Peak to Average Power Ratio Tỷ số công suất đỉnh cơng suất trung bình AM Amplified modulation Điều biên AMC Adaptive modulation and coding Mã hóa điều chế thích nghi FM Frequency modulation Điều tần FDM Frequency Division Multiplexing Ghép kênh phân chia theo tần số OFDM Orthogonal frequency division Ghép kênh phân chia theo tần số trực giao mutiplex MC Multi Carrier nhiều nhà cung cấp SC Single Carrier nhà cung cấp tín hiệu COFDM code of Orthogonal frequency Ghép kênh phân chia tần số trực giao có mã sửa sai division mutiplex 79 Đồ án tốt nghiệp đại học công nghệ ofdm vài ứng dụng DSP Digital signal processing Bộ xử lý số PCM Pulse code modulation Điều chế xung mã PSK Phase-Shift Keying Dịch khoá pha QAM Quadrature AmplitudeModulaion Điều chế biên độ cầu phương BPSK Binary Phase Shift Keying Khóa dịch pha nhị phân QPSK sai biệt DQPSK ICI InterCarrier Interference Nhiễu xuyên kênh ISI InterSymbol Interference Nhiễu xuyên ký tự A/D Analog/Digital Biến đổi tương tự sang số D/A Digital/Analog Biến đổi số sang tương tự MS Mobile Station trạm điện thoại BER Bit Error Rate Tỷ lệ lỗi bit BRAN Radio access network Bandwidth Mạng truy cập vô tuyến băng rộng Sữa lỗi lũy tiến FEC FIB Block information fast Khối thông tin nhanh GPS Global Positioning System hệ thống định vị toàn cầu HDSL Digital subscriber line high-speed Đường dây thuê bao số tốc độ cao Truyền hình phân giải cao HDTV High-definition television MPEG PAPR Moving Pictues Expert Group Tỷ số công suất đỉnh Peak power ratio on cơng suất trung bình the average power RF Tần số vô tuyến Radio Frequency 80 Đồ án tốt nghiệp đại học công nghệ ofdm vài ứng dụng SFN Single Frequency Network Mạng đơn tần QoS Quality of Service Chất lượng dịch vụ BS Base station Trạm sở ADSL Asymmetric Digital subcribe Line Mạng số truy câp internet băng rộng CDMA Code division Multiplex access Đa truy cập phân chia theo mã CTC Mã xoắn turbo Convolution turbo code MIMO Multiple input multiple Output SS Hệ thống đa anten phát thu Trạm người dùng Subcribe station Khả kết nối không dây Wimax Worldwide interoperability diện rộng với trạm viba for microwave access VLAN Virtual local area netword Mạng LAN ảo HARQ Hybrid automatic repeat request Kĩ thuật sửa lỗi dò lặp MUX Multiplexer Bộ ghép kênh Demux Bộ tách kênh SER Symbol error rate Tỷ lệ lỗi biểu tượng SNR Signal noise to ratio Tỷ lệ tín hiệu tạp âm AWGN Additive White Gaussian Noise nhiễu Gausian trắng cộng CP Cyclic Prefix Tiền tố lặp FIR Finite Impulse Response Đáp ứng xung hữu hạn 81 ... thống OFDM, trong chương áp dụng kĩ thuật vào truyền hình số quảng bá mặt đất DVB - T 47 Đồ án tốt nghiệp đại học công nghệ ofdm vài ứng dụng CHƢƠNG MỘT VÀI ỨNG DỤNG CỦA CÔNG NGHỆ OFDM 4.1 Ứng dụng. .. Hình1.8: Phổ tín hiệu OFDM gồm sóng mang 13 Đồ án tốt nghiệp đại học công nghệ ofdm vài ứng dụng 1.8 Ứng dụng kĩ thuật IFFT/FFT kĩ thuật OFDM Như đề cập phần khái niệm OFDM, ta biết OFDM kỹ thuật điều... tự pilot OFDM_ 1 OFDM_ 2 Chèn dải bảo vệ/tiền tố lặp khối OFDM b - Kênh fading chọn lọc tần số Hình 3.2 Pilot gói OFDM 41 OFDM_ N Trailer Đồ án tốt nghiệp đại học công nghệ ofdm vài ứng dụng 3.3.2.2