Đề hiểu rõ hơn hệ thống OFDM, tôi đã tiến hành mô phỏng hệ thống OFDM đơn giản dùng Matlab/Sumulink. Sơ đồ khối hệ thống OFDM đơn giản mô phỏng trên ngôn ngữ Matlab/Sumulink 7.0 nhƣ trình bày trong hình 1.8.
Hình 1.12 sơ đồ mô phỏng hệ thống OFDM
- Nguồn tin: có thể là một chuỗi bít bất kỳ, sóng dạng sin, file văn bản dạng.txt, hay file âm thanh dạng.wav
- Khối nối tiếp song song: sẽ chuyển luồng bít sau mã hóa thành N luồng bít song song( N= số sóng mang) đƣợc thể hiển dƣới dạng ma trận (có số hàng là số symbol OFDM, số cột là số sóng mang).
- Khối IFFT: chuyển tín hiệu từ miền tần số về thời gian. Đầu vào của khối này là ma trận gồm các phẩn tử phức và liên hiệp của nó, sau khi đi qua khối IFFT
Dữ liệu IFFT Song
Song/nối tiếp Chèn khoảng Bảo vệ Kênh vô Tuyến Tách khoảng Bảo vệ FFT Song song Nối tiếp Dữ liệu Nối Tiếp/song Song Nối tiếp Song song
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
sẽ chỉ có các phần thực đƣợc giữ lại. Đầu ra của khối IFFT là một ma trận có số hàng là số symbol, có số cột là kích thƣớc FFT.
- Khối song song /Nối tiếp: chuyển đổi các luồng bít song song thành một luồng bít nối tiếp. Qúa trình này là việc chuyển ma trận đầu ra của khối IFFT và mà trận có một hàng, và có số cột là tích của số symbol với kích thƣớc của FFT.
- Chèn khoảng bảo vệ: tín hiệu sau khối song song /nối tiếp đƣợc chèn khoảng bảo vệ ở đây là chuỗi bảo vệ. Việc này đƣợc thực hiện bằng cách copy phần cuối của mỗi symbol (có chiều dài là FFT bít) một đoạn có chiều dài là bằng chiều dài của khoảng bảo vệ, rồi chèn đoạn copy này vào đầu symbol để tạo thành một symbol mới có chiều dài là tổng của symbol cũ và khaỏng bảo vệ. Đầu ra của khối này là một ma trận có 1 hàng và có chiều dài là tich số symbol với tổng của kích thƣớc FFT và khoảng bảo vệ.
- Kênh truyền: tín hiệu sau khi qua khối chèn khoảng bảo vệ sẽ đƣợc đƣa thẳng vào kênh truyền. Kênh truyền ở đây chịu ảnh hƣởng của nhiễu trắng và hiệu ứng đa đƣờng ( một đƣờng LOS và 2 đƣờng NLOS).
Phía thu sẽ thực hiện các quá trình ngƣợc lại: tách khoảng bảo vệ, chuyển luồng bít từ nối tiếp thàng song song rồi đƣa vào khối FFT, sau đó chuyển thành luồng bít nối tiếp, qua giải mã rồi khôi phục lại tín hiệu ban đầu. Kết quả sẽ đƣợc so sánh với đầu vào ban đầu để tính toán số bít lỗi và tỉ số lỗi bít.
Hình 1.9 mô tả tín hiệu OFDM trong miền thời gian. Tín hiệu OFDM vẽ cho 16 kí hiệu OFDM.mỗi kí hiệu OFDM có 256 sóng mang con.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
Còn phổ của tín hiệu OFDM vẽ cho 16 kí hiệu OFDM, mỗi kí hiệu OFDM cso 256 sóng mang con đƣợc minh họa trên hình 1.10. Ta có thể đáp ứng của kênh OFDM là không bằng phẳng này thì ngƣời ta sử dụng nhiều sóng mang con, khi đó đáp ứng kênh sẽ gần nhƣ bằng phẳng.
Hình 1.14a Phổ tín hiệu OFDM truyền
Hình 1.14b Phổ tín hiệu OFDM nhận Hình 1.14 Phổ tín hiệu trong miền tần số
Hình 1.16 mô tả dạng FFT của bên phát OFDM và FFT của bên khối thu. Từ kết quả mô phỏng ta thấy các tín hiệu số sau khi qua bộ điều chế QPSK đƣợc điều chế thành các tín hiệu phức. Dạng tín hệu OFDM bên thu nhận đƣợc khác so với dạng tín hiệu OFDM bên phát là do kênh truyền có tạp âm trắng cộng (AWGN).A WGN làm cho tín hiệu thu đƣợc bóp méo dạng đi.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
Hình 1.15a Tín hiệu QAM và OFDM phát ở miền tần số
Hinh 1.15b Tín hiệu QAM và OFDM thu ở miền tần số Hình 1.5 Dạng FFT của bên phát OFDM và FFT của bên thu
Để đánh giá ƣu việt của hệ thống OFDM, ta sẽ mô phỏng hệ thống trên kênh đa đƣờng và nhiễu trắng. Các tham số của hệ thống nhƣ sau:
+ Kích thƣớc FFT: 128 + Số sóng mang con: 32
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
+ Kênh đa đƣờng; đƣờng NLOS 1: Trễ d1=6, suy hao a1=30%; đƣờng NLOS 2: trễ d2=9;suy hao a2=0.25%; đƣờng LOS
+SNR: 15 Db
Hình 12 mô tả quan hệ giữa tỉ số SNR và BER khi chỉ xét kênh có nhiễu trắng và khi xét kênh có nhiễu trắng cũng nhƣ phân tập đa đƣờng:
Hình 1.16 Tỉ lệ lỗi bít tƣơng ứng với SNR trong trƣờng hợp chỉ có nhiễu trắng
Ta nhận thấy tỉ lệ lỗi bít BER giảm khi SNR tăng, và BER tăng thì SNR giảm. Qua đây ta cũng thấy hệ thống OFDM có khẳ năng khắc phục hay chịu đựng tốt hiệu ứng đa đƣờng.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
KẾT LUẬN CHƢƠNG 1
Công nghệ điều chế đa sóng mang trực giao OFDM có nhiều tính năng vƣợt trội so với điều chế đơn sóng mang truyền thống nhƣ khả năng thích hợp cho hệ thống tốc độ cao; khả năng thích hợp với các hệ thông không dây cố định; tính hiệu quả trong các môi trƣờng đa đƣờng truyền dẫn; khả năng chống fading chọn lọc tần số. Ngoài ra công nghệ này có thể loại bỏ đƣợc hầu hết giao thoa giữa các sóng mang và giao thoa giữa các ký hiệu. Đắc biệt OFDM có thể khắc phục hiện tƣợng không có đƣờng dẫn thẳng bằng tín hiệu đa đƣờng dẫn. Tuy nhiên OFDM không phải là không có nhƣợc điểm, đó là nó đòi hỏi khắt khe về vấn đề đồng bộ vì sự sai lệch về tần số, ảnh hƣởng của hiệu ứng Doppler khi di chuyển và lệch pha sẽ gây ra
nhiễu giao thoa tần số ICI ( Inter Carrier Interference ) mà kết quả là phá bỏ sự trực
giao giữa các tần số sóng mang và làm tăng tỷ số bít lỗi ( BER). Ngoài ra OFDM chịu ảnh hƣởng của nhiễu xung.
OFDM đang chứng tỏ những ƣu điểm của mình trong các hệ thống viễn thông trên thực tế đắc biệt là trong các hệ thống vô tuyến đòi hỏi tốc độ cao nhƣ thông tin di động thế hệ tiếp theo, hệ thống truyền hình số và đặc biệt việc ứng dụng công nghệ OFDM là một trong những vấn đề then chốt trong hệ thống WiMax sẽ trình bày ở chƣơng 3. Trong hệ thống WiMax, bên cảnh công nghệ OFDM . Kỹ
thuật đa anten phát đa anten thu MIMO ( Multiple Input Multiple Output ) là công
nghệ chính trƣớc khi đi vào trình bày hệ thống WiMax. Kỹ thuật MiMO sẽ đƣợc trình bày ở chƣơng 2.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
CHƢƠNG 2. KỸ THUẬT MIMO