kỹ thuật OFDM và ứng dụng trong truyền hình số mặt đất DVB_T 1.

16 1.3K 7
kỹ thuật OFDM và ứng dụng trong truyền hình số mặt đất DVB_T 1.

Đang tải... (xem toàn văn)

Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống

Thông tin tài liệu

Tài liệu tham khảo đồ án tốt nghiệp chuyên ngành viễn thông kỹ thuật OFDM và ứng dụng trong truyền hình số mặt đất DVB_T

Chơng 1: Giới thiệu về kĩ thuật OFDM. CHNG 1: GII THIU V K THUT OFDM1.1 . Gii thiu chng.Phng thc truyn d liu bng cỏch chia nh ra thnh nhiu lung bit v s dng chỳng iu ch nhiu súng mang ó c s dng cỏch õy hn 30 nm. Ghộp kờnh phõn chia theo tn s trc giao -OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) l mt trng hp c bit ca truyn dn a súng mang,tc l chia nh mt lung d liu tc cao thnh nhiu lung d liu tc thp hn c truyn ng thi trờn cựng mt kờnh truyn.OFDM l mt phng thc iu ch hp dn cho cỏc kờnh cú ỏp tuyn tn s khụng phng,lch s ca OFDM c bt u t 1960.Trong OFDM, bng thụng kh dng c chia thnh mt s lng ln cỏc kờnh con, mi kờnh con nh n ni ỏp ng tn s cú th gi s nh l khụng i trong kờnh con. Lung thụng tin tng quỏt c chia thnh nhng lung thụng tin con, mi lung thụng tin con c truyn trờn mt kờnh con khỏc nhau. Nhng kờnh con ny trc giao vi nhau v d dng khụi phc li u thu. Chớnh iu quan trng ny lm gim xuyờn nhiu gia cỏc symbol (ISI) v lm h thng OFDM hot ng tt trong cỏc kờnh fading nhiu tia. Da vo cỏc li ớch ca s tin b trong k thut RF v DSP, h thng OFDM cú th t c tc cao trong truy xut vụ tuyn vi chi phớ thp v hiu qu s dng ph cao.Trong h thng FDM (Frequency Division Multiplexer) truyn thng, bng tn s ca tng tớn hiu c chia thnh N kờnh tn s con khụng trựng lp. Mi kờnh con c iu ch vi mt symbol riờng l v sau ú N kờnh con c ghộp kờnh tn s vi nhau. iu ny giỳp trỏnh vic chng lp ph ca nhng kờnh v gii hn c xuyờn nhiu gia cỏc kờnh vi nhau. Tuy nhiờn, iu ny dn n hiu sut s dng ph thp. khc phc vn hiu sut, nhiu ý kin ó c xut t gia nhng nm 60 l s dng d liu song song v FDM vi cỏc kờnh con chng lp nhau, trong ú mi súng mang tớn hiu cú bng thụng 2b c cỏch nhau mt khong 1 Chơng 1: Giới thiệu về kĩ thuật OFDM. tn b trỏnh hin tng cõn bng tc cao, chng li nhiu xung v nhiu a ng, cng nh s dng bng tn mt cỏch cú hiu qu.í ngha ca trc giao cho ta bit rng cú mt s quan h toỏn hc chớnh xỏc gia nhng tn s ca cỏc súng mang trong h thng. Trong h thng ghộp kờnh phõn chia tn s thụng thng, nhiu súng mang c cỏch nhau ra mt phn cho tớn hiu cú th thu c ti u thu bng cỏc b lc v b gii iu ch thụng thng. Trong nhng b thu nh th, cỏc khong tn bo v c a vo gia nhng súng mang khỏc nhau v trong min tn s s lm cho hiu sut s dng ph gim i.Vo nm 1971, Weinstein v Ebert ó ng dng bin i Fourier ri rc (DFT) cho h thng truyn dn d liu song song nh mt phn ca quỏ trỡnh iu ch v gii iu ch[13]. iu ny lm gim i s lng phn cng c u phỏt v u thu. Thờm vo ú, vic tớnh toỏn phc tp cng cú th gim i mt cỏch ỏng k bng vic s dng thut toỏn bin i Fourier nhanh (FFT), ng thi nh nhng tin b gn õy trong k thut tớch hp vi t l rt cao (VLSI) v k thut x lý tớn hiu s (DSP) ó lm c nhng chớp FFT tc cao, kớch thc ln cú th ỏp ng cho mc ớch thng mi v lm gim chi phớ b sung ca nhng h thng OFDM mt cỏch ỏng k.Hin nay,OFDM c s dng trong nhiu h thng nh ADSL,cỏc h thng khụng dõy nh IEEE802.11 (Wi-Fi) v IEEE 802.16(WiMAX),phỏt qung bỏ õm thanh s(DAB),v phỏt qung bỏ truyn hỡnh s mt t cht lng cao(HDTV) .1.2 . Khỏi nim OFDM.OFDM l k thut ghộp kờnh phõn chia theo tn s trc giao.OFDM phõn ton b bng tn thnh nhiu kờnh bng hp,mi kờnh cú mt súng mang.Cỏc súng mang ny trc giao vi cỏc súng mang khỏc cú ngha l cú mt s nguyờn ln lp trờn mt chu k kớ t.Vỡ vy,ph ca mi súng mang bng khụng ti tn s trung tõm ca tn s súng mang khỏc trong h thng.Kt qu l khụng cú nhiu gia cỏc súng mang ph. 2 Chơng 1: Giới thiệu về kĩ thuật OFDM. 3 Chơng 1: Giới thiệu về kĩ thuật OFDM. Hỡnh 1.1 Súng mang OFDM(N=8)1.3 . Nguyờn lý OFDM.Nguyờn lý c bn ca OFDM l chia nh mt lung d liu tc cao trc khi phỏt thnh nhiu lung d liu tc thp hn v phỏt mi lung d liu ú trờn mt súng mang con khỏc nhau . Cỏc súng mang ny l trc giao vi nhau , iu ny c thc hin bng cỏch chn gión tn s mt cỏch hp lý . Bi vỡ khong thi symbol tng lờn cho cỏc súng mang con song song tc thp hn, cho nờn lng nhiu gõy ra do tri tr a ng c gim xung. Nhiu xuyờn t ISI c hn ch hu nh hon ton do vic a vo mt khong thi bo v trong mi symbol OFDM . Trong khong thi bo v , symbol OFDM c m rng theo chu k (cyclicall extended) trỏnh xuyờn nhiu gia cỏc súng mang ICI. 4 (a)Tn sTn sKhong thụng tit kim(b)Hỡnh 1.2 K thut a súng mang khụng chng xung v chng xung. Ch.1 Ch.10 Chơng 1: Giới thiệu về kĩ thuật OFDM. Hỡnh 1.2 minh ha s khỏc nhau gia k thut iu ch a súng mang khụng chng xung v k thut a súng mang chng xung . Bng cỏch s dng k thut a súng mang chng xung , ta cú th tit kim c khong 50% bng thụng .Tuy nhiờn , trong k thut a súng mang chng xung, chỳng ta cn trit gim xuyờn nhiu gia cỏc súng mang, ngha l cỏc súng ny cn phi trc giao vi nhau.1.4 . Tớnh trc giao ca tớn hiu OFDM.Cỏc tớn hiu l trc giao nhau nu chỳng c lp tuyn tớnh vi nhau.Trc giao l mt c tớnh giỳp cho cỏc tớn hiu a thụng tin(multiple information ssignal) c truyn mt cỏch hon ho trờn cựng mt kờnh truyn thụng thng v c tỏch ra m khụng gõy nhiu xuyờn kờnh.Vic mt tớnh trc giao gia cỏc súng mang s to ra s chng lp gia cỏc tớn hiu mang tin v lm suy gim cht lng tớn hiu v lm cho u thu khú khụi phc li c hon ton thụng tin ban u. Trong OFDM, cỏc súng mang con c chng lp vi nhau nhng tớn hiu vn cú th c khụi phc m khụng cú xuyờn nhiu gia cỏc súng mang k cn bi vỡ gia cỏc súng mang con cú tớnh trc giao. Xột mt tp cỏc súng mang con:)(tfn, n=0,1, ., N 1, 21ttt . Tp súng mang con ny s trc giao khi: ==mn , mn , 0)().(21Kdttftfttmn (1.1) Trong ú: K l hng s khụng ph thuc t, n hoc m. V trong OFDM, tp cỏc súng mang con c truyn cú th c vit l: )2exp()( tfjtfnn= (1.2) Trong ú : 1=j v Tnffnffn/00+=+= (1.3) f0 l tn s offset ban uBõy gi ta chng minh tớnh trc giao ca cỏc súng mang con. Xột biu thc (1.1) ta cú : 5 Chơng 1: Giới thiệu về kĩ thuật OFDM. ( )=2121/)(2exp)().(ttttmndtTtmnjdttftf ( ) ( )TmnjTtmnjTtmnj/)(2/)(2exp/)(2exp12=( ) ( )[ ]TmnjTttmnjTtmnj/)(2/))((2exp1/)(2exp212= (1.4)= 0 vi nmNu cỏc súng mang con trc giao nhau thỡ biu thc (1.1) phi xy ra,tc biu thc (1.4) luụn ỳng.Khi n=m thỡ tớch phõn trờn bng T/2 khụng ph thuc vo n,m.Vỡ vy, nu nh cỏc súng mang con cỏch nhau mt khong bng 1 T , thỡ chỳng s trc giao vi nhau trong khong t2 t1 l bi s ca T. OFDM t c tớnh trc giao trong min tn s bng cỏch phõn phi mi khong tớn hiu thụng tin vo cỏc súng mang con khỏc nhau. Tớn hiu OFDM c hỡnh thnh bng cỏch tng hp cỏc súng sine, tng ng vi mt súng mang con. Tn s bng gc ca mi súng mang con c chn l bi s ca nghch o khong thi symbol, vỡ vy tt c súng mang con cú mt s nguyờn ln chu k trong mi symbol. 6 Chơng 1: Giới thiệu về kĩ thuật OFDM. 1.4.1 . Trc giao trong min tn s ca tớn hiu OFDM. 7 TX PowerFrequency (carrier spacing)(b)Hỡnh 1.3 ỏp ng tn s ca cỏc subcarrier Mụ t ph ca mi subcarrier v mu tn s ri rc c nhỡn thy ca b thu OFDM.Mụ t ỏp ng tng cng ca 5 subcarrier (ng tụ m).TX PowerFrequency (carrier spacing)(a) Chơng 1: Giới thiệu về kĩ thuật OFDM. Mt cỏch khỏc xem xột tớnh trc giao ca tớn hiu OFDM l xem ph ca nú. Ph ca tớn hiu OFDM chớnh l tớch chp ca cỏc xung dirac ti cỏc tn s súng mang vi ph ca xung hỡnh ch nht (=1 trong khong thi gian symbol , =0 ti cỏc v trớ khỏc). Ph biờn ca xung hỡnh ch nht l sinc(fT). Hỡnh dng ca hỡnh sinc cú mt bỳp chớnh hp v nhiu bỳp ph cú biờn suy hao chm vi cỏc tn s xa trung tõm. Mi subcarrier cú mt nh ti tn s trung tõm v bng khụng ti tt c cỏc tn s l bi s ca 1/T. Hỡnh 1.3 mụ t ph ca mt tớn hiu OFDM.Tớnh trc giao l kt qu ca vic nh ca mi subcarrier tng ng vi cỏc giỏ tr khụng ca tt c cỏc subcarrier khỏc. Khi tớn hiu ny c tỏch bng cỏch s dng DFT, ph ca chỳng khụng liờn tc nh hỡnh 1.3a , m l nhng mu ri rc. Ph ca tớn hiu ly mu ti cỏc giỏ tr 0 trong hỡnh v. Nu DFT c ng b theo thi gian, cỏc mu tn s chng lp gia cỏc subcarrier khụng nh hng ti b thu. Giỏ tr nh o c tng ng vi giỏ tr null ca tt c cỏc subcarrier khỏc do ú cú tớnh trc giao gia cỏc subcarrier.1.5. S dng bin i IFFT to súng mang con(subcarrier). t c kh nng chng li hin tng tỏn sc trong cỏc kờnh truyn,kớch tht khi N (s subcarrier) phi ln ,iu ny ũi hi mt lng ln modem sub-channel . May mn l chỳng ta cú th chng minh v mt toỏn hc rng vic ly bin i Fourier ri rc ngc (IDFT-inverse discrete Fourier transform) N symbol QAM v sau ú truyn cỏc h s mt cỏch liờn tip. Vic n gión hoỏ phn cng cho vic truyn dn tớn hiu OFDM cú th t c nu cỏc b iu ch v gii iu ch cho cỏc kờnh con c thc hin bng cỏch s dng cp bin i IFFT (inverse fast Fourier transform) v FFT.Mt tớn hiu OFDM bao gm tng hp ca cỏc súng mang con c iu ch s dng khúa dch pha PSK (Phase Shift Keying) hoc iu ch biờn vuụng gúc QAM (Quadrature Amplitude Modulation). Nu gi di l cỏc chui d liu QAM phc, NS l s lng súng mang con, T l khong thi symbol v fC l tn s súng mang, thỡ symbol OFDM bt u ti t = ts cú th c vit nh sau[13]: 8 Chơng 1: Giới thiệu về kĩ thuật OFDM. TttttTifjdtssNNiscNisss++==+ s1222/ t, )(5,02expRe)( (1.5)Tts +><=ss t t vt t, 0)( cho d tớnh toỏn, ta cú th thay th symbol OFDM trờn nh sau [13]: TttttTijdtssNNisNisss+==+s1222/ t, )(2exp)( (1.6)Tts +><=ss t t vt t, 0)(Trong biu thc trờn, phn thc v phn o tng ng vi thnh phn cựng pha v vuụng pha ca tớn hiu OFDM, m s c nhõn vi hm cosin v sin ca tng tn s súng mang con riờng r tng hp c tớn hiu OFDM sau cựng. Hỡnh 1.4 minh ha s khi hot ng ca b iu ch OFDM [13]. Khi tớn hiu OFDM s(t) (1.6) c truyn i ti phớa thu, sau khi loi b thnh phn tn s cao fc , tớn hiu s c gii iu ch bng cỏch nhõn vi cỏc liờn hip phc ca cỏc súng mang con. Nu liờn hip phc ca súng mang con th l c nhõn vi s(t) , thỡ s thu c symbol QAM dj+Ns/2 (c nhõn vi h s T ), cũn i vi 9 Serial to parrellelOFDMsignal)/)(exp( TsttsNj)/))(2(exp( TsttsNjHỡnh 1.4. B iu ch OFDM Chơng 1: Giới thiệu về kĩ thuật OFDM. cỏc súng mang con khỏc, giỏ tr nhõn s bng khụng bi vỡ s sai bit tn s (i-j)/T to ra mt s nguyờn chu k trong khong thi symbol T , cho nờn kt qu nhõn s bng khụng +=+TttNNisNissssssdtttTijdttTlj1222/)(2exp)(2expTddtttTlijdssssssNlNNiTttsNi 2/1222/ )(2exp+=++== (1.7)Tớn hiu OFDM s(t) c miờu t trong (1.6) thc t khụng khỏc gỡ hn so vi bin i Fourier ngc ca Ns symbol QAM ngừ vo. Lng thi gian ri rc cng chớnh l bin i ngc Fourier ri rc, cụng thc c cho (1.8), vi thi gian t c thay th bi s mu n. ==102exp)(sNiiNinjdns (1.8)Trong thc t, bin i Fourier ngc ri rc (IDFT) ny cú th thc hin nhanh hn bng cỏch thay th bi bin i Fourier ngc nhanh (IFFT). iu ny cng tng t i vi bin i Fourier ri rc (DFT) khi c thay th bi bin i Fourier nhanh (FFT). Mt bin i IDFT N im ũi hi tng cng cú N2 phộp nhõn phc, thc s ch l phộp quay pha. Ngoi ra, cng cú thờm mt s phộp cng, nhng vỡ phn cng ca b cng ớt phc tp hn b nhõn nhiu cho nờn ta ch so sỏnh s phộp nhõn m thụi. Trong khi ú, bin i IFFT N im, nu s dng thut toỏn c s 2 ch cn cú )(log)2/(2NN phộp nhõn phc, nu s dng thut toỏn c s 4 thỡ ch cn )2(log)8/3(2N phộp nhõn m thụi. S d thut toỏn IFFT, FFT cú c hiu sut nh vy l do bin i IDFT cú th phõn tớch thnh nhiu bin i IDFT nh hn cho n khi cũn l cỏc bin i IDFT mt im.Sau khi lung d liu ni tip cn truyn i c chuyn thnh song song, chỳng c a vo b bin i IFFT cú nhim v l bin i thnh phn ph trong 10 [...]... kÜ thuËt OFDM miền tần số của dữ liệu cần truyền thành tín hiệu trong miền thời gian, đưa lên tần số cao truyền đi Ở đầu thu, tín hiệu trong miền thời gian sẽ được thu, được biến đổi tần số, đưa đến bộ biến đổi FFT có nhiệm vụ là biến đổi tín hiệu trong miền thời gian thành tín hiệu trong miền tần số , sau đó đưa luồng dữ liệu đến cho các bộ giải điều chế 1.6 ISI, ICI trong hệ thống OFDM ISI(... hiện tượng lựa chọn tần số của các kênh 5 Kỹ thuật cân bằng kênh trở nên đơn giản hơn kỹ thuật cân bằng kênh thích ứng được sử dụng trong những hệ thống đơn sóng mang 6 Sử dụng kỹ thuật DFT để bổ sung vào các chức năng điều chế giải điều chế làm giảm độ phức tạp của OFDM 7 Các phương thức điều chế vi sai (differental modulation) giúp tránh yêu cầu bổ sung vào bộ giám sát kênh 8 OFDM ít bị ảnh hưởng... vệ, TFFT là khoảng thời thực hiện biến đổi IFFT dùng để phát tín hiệu OFDM 12 Ch¬ng 1: Giíi thiÖu vÒ kÜ thuËt OFDM Hình 1.6 Chèn thời khoảng bảo vệ vào tín hiệu OFDM Trong một tín hiệu OFDM, biên độ pha của sóng mang con phải ổn định trong suốt khoảng thời symbol để cho các sóng mang con luôn trực giao nhau Nếu nó không ổn định có nghĩa là hình dạng phổ của các sóng mang con sẽ không có dạng hình. .. số trong các hệ thống OFDM phức tạp hơn hệ thống sóng mang đơn Tần số offset của sóng mang gây nhiễu cho các sóng mang con trực giao gây nên nhiễu liên kênh làm giảm hoạt động của các bộ giải điều chế một cách trầm trọng Vì thế, đồng bộ tần số là một trong những nhiệm vụ thiết yếu cần phải đạt được trong bộ thu OFDM 1.1 0 kết luận Với việc giới thiệu về nguyên lý các đặc tính cơ bản của OFDM trong. .. nguyên lần lặp với khoảng FFT Từ giản đồ miền tần số, điều này tương ứng với mỗi sóng mang có giá trị cực đại tần số trung tâm của chính nó bằng không tại tần số trung tâm của sóng mang khác Hình 1.7 biểu diễn phổ của bốn sóng mang trong miền tần số cho trường hợp trực giao Hình 1.7 Phổ của bốn sóng mang trực giao 13 Ch¬ng 1: Giíi thiÖu vÒ kÜ thuËt OFDM Tính trực giao của một sóng mang với sóng mang... ra khi một tự OFDM trải qua ISI Sự bù tần số sóng mang của máy phát máy thu cũng gây ra ICI đến một tự OFDM Hình 1.8 Phổ của bốn sóng mang không trực giao 1.7 Ưu điểm của hệ thống OFDM Thông qua việc tìm hiểu các tính chất của hệ thống OFDM như trên,chúng ta có thể tóm tắt những thuận lợi khi sử dụng hệ thống OFDM như sau : 1 OFDM tăng hiệu suất sử dụng phổ bằng cách cho phép chồng lấp những... tần số trung tâm của sóng mang khác Từ giản đồ miền thời gian, tương ứng hình sin không dài hơn số nguyên lần lặp khoảng FFT Hình 1.8 biểu diễn phổ của bốn sóng mang không trực giao ICI xảy ra khi kênh đa đường khác nhau trên thời gian tự OFDM Dịch Doppler trên mỗi thành phần đa đường gây ra bù tần số trên mỗi sóng mang, kết quả là mất tính trực giao giữa chúng ICI cũng xảy ra khi một tự OFDM. .. 9 OFDM chịu đựng tốt với nhiễu xung nhiễu xuyên kênh kết hợp 1.9 Các hạn chế khi sử dụng hệ thống OFDM Ngoài những thuận lợi trên hệ thống OFDM cũng có những hạn chế cần giải quyết như sau : 1 Symbol OFDM bị nhiễu biên độ với một khoảng động rất lớn Vì tất cả các hệ thống thông tin thực tế đều bị giới hạn công suất, tỷ số PAPR (Peak-to-Average Power Ratio) cao là một bất lợi nghiêm trọng của OFDM. .. khuếch đại tín hiệu OFDM Nếu tín hiệu OFDM có tỷ số PAPR lớn thì sẽ gây nên nhiễu xuyên điều chế Điều này cũng sẽ làm tăng độ phức tạp của các bộ biến đổi từ analog sang digital từ digital sang analog 15 Ch¬ng 1: Giíi thiÖu vÒ kÜ thuËt OFDM Việc rút ngắn (clipping) tín hiệu cũng sẽ làm xuất hiện cả méo nhiễu (distortion) trong băng lẫn bức xạ ngoài băng 2 OFDM nhạy với tần số offset sự trượt của... thuËt OFDM 2 Bằng cách chia kênh thông tin ra thành nhiều kênh con fading phẳng băng hẹp, các hệ thống OFDM chịu đựng fading lựa chọn tần số tốt hơn những hệ thống sóng mang đơn 3 OFDM loại trừ xuyên nhiễu symbol (ISI) xuyên nhiễu giữa các sóng mang (ICI) bằng cách chèn thêm vào một khoảng thời bảo vệ trước mỗi symbol 4 Sử dụng việc chèn (interleaving) kênh mã kênh thích hợp, hệ thống OFDM có . thiệu về kĩ thu t OFDM. ( )= 212 1/)(2exp)().(ttttmndtTtmnjdttftf ( ) ( )TmnjTtmnjTtmnj/)(2/)(2exp/)(2exp12=( ) ( )[ ]TmnjTttmnjTtmnj/)(2/))((2exp1/)(2exp 212 =. t nh toỏn, ta cú th thay th symbol OFDM trờn nh sau [13 ]: TttttTijdtssNNisNisss+==+s1222/ t, )(2exp)( (1. 6)Tts +><=ss t t vt

Ngày đăng: 21/11/2012, 09:01

Từ khóa liên quan

Tài liệu cùng người dùng

  • Đang cập nhật ...

Tài liệu liên quan