Điều chế tớn hiệu

Chuỗi ký tự phỏt OFDM được biểu diễn như sau:

 exp 2   67 max ,, ,,   K k l m k l m ct C t f j t s   (2.30)

                0 68 2 exp ' , , S S k l m mT l T t T k j             t T m l t T m l 68 S 68 1 S (2.31) Trong đú: k là chỉ số súng mang thứ k l số ký tự OFDM trong khung m số khung truyền dẫn

K số súng mang phỏt

TS khoảng thời gian của một ký tự T khoảng thời gian của FFT khoảng thời gian của CP

fc tần số súng mang

klà chỉ số súng mang thứ k’ với k'kKmaxKmin/2

Cm,l,k là ký tự dữ liệu l trong khung thứ m của súng mang thứ k.

Xột cụng thức (30) trong khoảng thời gian t0 đến tTS, tức là ta chỉ xột khoảng thời gian một ký tự:  t j f t C j k t  T s K K k k c exp 2 / 2 exp 0,0, ' max min        (2.32) Phộp biến đổi FFT:          1 0 2 exp 1 N n n k N kn j X N x  (2.33)

So sỏnh hai biểu thức trờn, ta thấy rằng cú thể sử dụng cỏc thuật toỏn FFT để tạo ra N mẫu ký tự xk tương ứng với khoảng thời gian hữu ớch T cho mỗi ký tự. Khoảng bảo vệ (CP) giữa cỏc ký tự được thờm vào bằng cỏch sao chộp N/T mẫu cuối ký tự và chốn chỳng vào phần đầu của mỗi ký tự.

Kết luận chương

Trong chương này ta tỡm hiểu về kỹ thuật điều chế trong truyền hỡnh số. Đưa ra cỏc tiờu chuẩn truyền hỡnh số hiện nay trờn thế giới, phõn tớch đỏnh giỏ từng tiờu chuẩn. Trong chương này ta cũn giới thiệu về kỹ thuật OFDM, nờu rừ khỏi niệm ưu nhược điểm và cỏc tham số của kỹ thuật OFDM. Trỡnh bày ứng dụng của OFDM trong truyền hỡnh số mặt đất, cỏc thụng số của cỏc kiểu truyền dữ liệu, số lượng vị trớ nhiệm vụ của cỏc súng mang, chốn khoảng bảo vệ và điều chế tớn hiệu.

CHƢƠNG 3: Mễ PHỎNG HỆ THỐNG OFDM 3.1 Giới thiệu

Chương này mụ tả việc thiết kế và thực hiện hệ thống thụng tin liờn lạc OFDM trờn một kờnh õm thanh. Cỏc hệ thống thụng tin liờn lạc được thiết kế trong khụng khớ. Tớn hiệu OFDM được tạo ra bằng MATLAB trong dải tần từ 12-15 kHz, được truyền qua card õm thanh bằng cỏch sử dụng kết nối loa với mỏy tớnh. Âm thanh được truyền túi một microphone kết nối với card õm thanh của mỏy tớnh thứ hai, mỏy tớnh thứ hai này đúng vai trũ là người nhận và ước tớnh cỏc bit được nhận được (bằng Matlab). Do đú kờnh truyền bao gồm một sự kết hợp của hai card õm thanh, loa, khụng khớ và microphone.

3.2 Thiết kế hệ thống 3.2.1Bờn phỏt

Băng thụng của hoạt động được chọn là 12-15kHz. Mỗi symbol OFDM được tạo ra bằng cỏch sử dụng IFFT 2048 điểm ở tần số lấy mẫu 96 kHz. Điều này tương ứng với khoảng cỏch súng mang con khoảng 23,4 Hz. Tổng cộng sẽ cú 129 súng mang con được sử dụng để điều chỉnh, trong đú bao gồm cả dữ liệu truyền và pilot. Điều chế biờn độ M-QAM được dựng để điều chỉnh cỏc dữ liệu và cỏc súng mang con thớ điểm. Cỏc súng mang con thớ điểm cú nghĩa là cho sử dụng tại mỏy thu để ước tớnh đỏp ứng tần số của cỏc kờnh. Cú hai cỏch mà cỏc pilot cú thể được chốn vào một symbol OFDM là chốn theo kiểu khối và kiểu răng lược.

 Kiểu khối

Với cỏc sắp xếp cỏc pilot theo kiểu khối, tất cả cỏc súng mang con đều chứa pilot. Chỳng được truyền định kỡ theo thời gian. Như vậy, kờnh truyền sẽ được ước lượng trờn miền thời gian. Gọi St là khoảng thời gian giữa hai lần truyền symbol pilot. Để cú thể nắm bắt kịp những thay đổi của đặc tớnh kờnh truyền, khoảng cỏch giữa hai pilot phải khụng lớn hơn nghịch đảo tần số Doppler, hay chớnh là thời gian kết hợp của kờnh (coherence time).

1 t dopller S f  (3.1)

Cỏch sắp xếp này phự hợp cho việc ước lượng fading chọn lọc tần số do tất cả cỏc súng mang con đều cú pilot.

Hỡnh 3.1 Sắp xếp theo kiểu khối

 Kiểu răng lƣợc

Cỏch sắp xếp pilot kiểu răng lược được mụ tả như hỡnh dưới. Với kiểu này, mỗi symbol OFDM chưa pilot trong những súng mang con nhất định. Như vậy, kờnh truyền sẽ được ước lượng trờn miền tần số.

Gọi Sf là chu kỳ lặp lại của pilot trờn miền tần số. Để cú thể theo kịp cỏc thay đổi của kờnh truyền dẫn đa đường, tần số truyền pilot phải ngang bằng băng thụng kết hợp của kờnh. Băng thụng kết hợp chớnh bằng nghịch đảo của độ trễ lớn nhất của mụi trường vụ tuyến max. Ta cú max 1 f S   (3.2)

Trỏi với kiểu khối, sắp xếp pilot kiểu răng lược thớch hợp với cỏc kờnh cú fading nhanh hơn là kờnh cú fading chọn lọc tần số.

Hỡnh 3.2 Sắp xếp theo kiểu răng lược

Trong chương trỡnh phỏt được viết bằng matlab pilot sẽ được chốn theo kiểu khối với St =2.

 Hoạt động của mỏy phỏt

Trước khi điều chế cỏc dữ liệu đầu vào sẽ được chuyển đổi sang dạng bit nhị phõn nối tiếp. Sau đú cỏc bit này sẽ được biến đổi thành cỏc kờnh song song tương ứng với cỏc symbol OFDM. Tiếp đú là điều chế QAM, tớn hiệu sau khi điều chế QAM sẽ được chốn pilot, rồi chốn Zeros. Zeros được chốn với 2 mục đớch là làm cho thành phần một chiều của tớn hiệu bằng 0 và chống nhiễu ICI. Lỳc này tớn hiệu của chỳng ta đang ở miền tần số IFFT nú sẽ được biến đổi sang miền thời gian. Cỏc OFDM symbol trong miền thời gian này sẽ được chốn thờm một khoảng bảo vệ GI. Khoảng bảo vệ này thường dựng tiền tố lặp CP. Khi khoảng bảo vệ đó được chốn cỏc symbol được chuyển về dạng nối tiếp thành cỏc packet rồi được truyền đi nhờ cỏc súng mang. Phự hợp với kờnh truyền. Cấu trỳc tổng thể của mỏy phỏt được biểu diễn trong hỡnh 3.3

3.2.2Bờn Thu (Receiver)

Cỏc tớn hiệu OFDM truyền đi được ghi lại bằng cỏch sử dụng microphone kết nối với một mỏy tớnh khỏc. Cỏc súng õm thanh được ghi lại bằng microphone được lấy mẫu bằng cỏch sử dụng card õm thanh của mỏy tớnh, và õm thanh này là đầu vào cho mỏy thu OFDM được thực hiện trong Matlab.

Tớn hiệu õm thanh thu được sẽ được Matlab lọc bằng cỏc bộ lọc thụng dải và lọc tạp õm biờn độ thấp. Sau đú nú sẽ được đồng bộ phương phỏp sử dụng để đồng bộ ở đõy là đồng bộ khung theo CP. Sau khi đó được đồng bộ tớn hiệu lại được chuyển qua cỏc bước ngược lại so với bờn phỏt như loại bỏ khoảng bảo vệ, loại bỏ zeros, giải điều chế. Tớn hiệu sẽ được giải điều chế nhờ tớn hiệu dẫn đường pilot chốn ở phớa phỏt. Tất nhiờn pilot này là cố định và cà bờn phỏt và bờn thu đều cú. Sau khi đó được giải điều chế cụng việc chỉ là biến đổi cỏc bit nhị phõn và dạng tớn hiệu ban đầu.

Hỡnh 3.4 Cấu trỳc thu OFDM

3.3 Thực hiện mụ phỏng 3.3.1Chƣơng trỡnh thu phỏt

Chương trỡnh thu phỏt tớn hiệu õm thanh OFDM được viết bằng MATLAB bao gồm 3 giao điện: mỏy phỏt (Tranfer), mỏy thu (Reciever) và nỳt chuyển tiếp (Relay). Trờn giao diện sẽ hiển thị được cỏc thụng số cơ bản về băng thụng, số mức điều chế, khoảng bảo vệ, số phộp biến đổi FFT những thụng số này cú thể thay đổi trực tiếp trờn giao diện. Ngoài ra cũn hiển thị file text cần truyền, dạng súng và phổ tớn hiệu của OFDM

ở cả đầu phỏt và đầu thu. Ở nỳt chuyển tiếp sẽ hiển thị súng, phổ thu được và súng, phổ sau khi khuếch đại để chuyển tiếp.

cứng trong quỏ trỡnh thu, phỏt nờn trong phần thực nghiệm này bọn em sẽ mụ phỏng truyền súng õm thanh OFDM trong mụi trường khụng khớ với mụ hỡnh được xõy dựng như sau:

Hỡnh 3.5 Mụ hỡnh truyền súng OFDM

Hỡnh 3.6 Mụ hỡnh khuếch đại chuyển tiếp

3.3.2Kết quả mụ phỏng

 Truyền OFDM hai mỏy

* Điều chế 4-QAM

* Điều chế 16-QAM

* Khuếch đại, chuyển tiếp

Tớn hiệu thu được ở nỳt chuyển tiếp được khuếch đại lờn với một hệ số khuếch đại thớch hợp, sau đú được truyền đến đớch. Do đú nhiễu tớn hiệu cũng được khuếch đõị theo.

Kết luận chương

Trong chương này chỳng ta thực hiện mụ phỏng hệ thống OFDM bằng Matlab, hiển thị tớn hiệu giỳp cho việc phõn tớch đỏnh giỏ tỏc động của kờnh truyền tớn hiệu. Tuy nhiờn việc mụ phỏng này chỉ dừng lại ở mức độ đơn giản, tức là chỉ mụ phỏng hệ thống OFDM với phương thức điều chế QAM. Từ cỏc kết quả mụ phỏng để ta đưa ra được cỏc đỏnh giỏ so sỏnh về cỏc phương thức điều chế QAM (2-QAM, 4-QAM, 16- QAM). Từ đú ta thấy rừ được ưu điểm của OFDM.

KẾT LUẬN

Truyền hỡnh số mặt đất theo tiờu chuẩn Chõu Âu DVB là tiờu chuẩn được sử dụng rộng rói trờn thế giới. Tiờu chuẩn này sử dụng nộn tớn hiệu truyền hỡnh số MPEG – 2. Trong đú, những vấn đề kỹ thuật là cỏc đối tượng được quan tõm nghiờn cứu nhiều nhất. Luận văn này tỡm hiểu một số vấn đề về một số kỹ thuật nộn tớn hiệu truyền hỡnh số, kỹ thuật OFDM, đồng bộ kờnh truyền. Việc phỏt triển chuẩn truyền hỡnh số mặt đất đó đỏp ứng được yờu cầu thực tế. Đú là sự gia tăng dung lượng băng thụng giỳp cung cấp cho người xem cỏc dịch vụ truyền hỡnh mới.

Vỡ khả năng chống hiệu ứng đa đường động rất tốt của hệ thống OFDM đó tạo cho nghành truyền hỡnh cú hai khả năng mới mà truyền hỡnh tương tự cũng như truyền hỡnh số tuõn theo tiờu chuẩn khụng thể đạt được như là khả năng thu di động cỏc dịch vụ truyền hỡnh quảng bỏ và khả năng tạo nờn một mạng đơn tần trong một phạm vi rộng.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Nguyễn Văn Đức, Vũ Văn Yờm, Đào Ngọc Chiến, Nguyễn Quốc Khương, Nguyễn Trung Kiờn, Thụng tin vụ tuyến , NXB Khoa học và kỹ thuật, 2006

[2] Nguyễn Văn Đức và Cheng-Xiang Wang, “Cỏc Bài tập Matlab về Thụng Tin Vụ Tuyến”; Nhà xuất bản Khoa Học và Kỹ Thuật, 2006.

[3] “Đề ỏn số húa truyền dẫn, phỏt súng truyền hỡnh tương tự mặt đất đến năm 2020”,

Bộ thụng tin và truyền thụng, Hà Nội – 2010.

[4] Đặng Hoài Bắc, “ Xử lý tớn hiệu số”, Học viện Cụng Nghệ Bưu Chớnh Viễn Thụng, Nhà xuất bản bưu điện – 01/06/206

[5] Nguyễn Văn Đức, “Lý thuyết và cỏc ứng dụng của kỹ thuật OFDM ”; Nhà xuất bản Khoa Học và Kỹ Thuật, 2006.

[6] S.Al-Dharrab, M.Uysal, and T.M.Duman, “Cooperative underwater acoustic communications,” IEEE Commun. Mag.

[7] Suhail Ibrahim Aldharrab, “Cooperative Communication over Underwater Acoustic

Channels”, Waterloo, Ontario, Canada, 2013. [5] http://en.wikipedia.org/wiki/Phase-shift_keying.

[6] http://en.wikipedia.org/wiki/Frequency-shift_keying. [7] http://www.dvb.org/