ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ NGUYỄN QUỐC NAM ĐIỀU CHẾ OFDM TRONG TRUYỀN HÌNH SỐ MẶT ĐẤT DVB-T LUẬN VĂN THẠC SĨ NGÀNH CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG HUẾ - 2014 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ NGUYỄN QUỐC NAM ĐIỀU CHẾ OFDM TRONG TRUYỀN HÌNH SỐ MẶT ĐẤT DVB-T Ngành: Công nghệ Điện tử - Viễn thông Chuyên ngành: Kỹ thuật điện tử Mã số: 60.52.02.03 LUẬN VĂN THẠC SĨ NGÀNH CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG CÁN BỘ HƯỚNG DẪN TS NGUYỄN QUỐC TUẤN HUẾ - 2014 LỜI CẢM ƠN LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan : Em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới TS Nguyễn Quốc Tuấn, người thầy tận tình hướng dẫn, giúp đỡ, tạo điều kiện tốt cho em suốt thời gian làm luận văn Hỗ trợ dẫn giúp em hoàn thành phần thực nghiệm Những nội dung luận văn thực hướng dẫn trực tiếp thầy Nguyễn Quốc Tuấn Xin cảm ơn thầy, cô, anh, chị, bạn khoa Điện tử viễn thông tạo điều kiện giúp đỡ, bảo cho lời khuyên vô quý báu Mọi tham khảo dùng luận văn trích dẫn rõ ràng tên tác giả, tên công trình, thời gian, địa điểm công bố Em xin trân trọng cảm ơn ! Mọi chép không hợp lệ, vi phạm quy chế đào tạo xin chịu hoàn toàn trách nhiệm Học viên Học viên Nguyễn Quốc Nam Nguyễn Quốc Nam NHỮNG TỪ VIẾT TẮT DTTB Digital Terrestrial Television Truyền dẫn truyền hình số mặt đất Broadcasting ASK Amplitude Shift Keying Khóa dịch biên độ DTV Digital television Truyền hình số ATSC Advanced Television System Commitee Uỷ ban hệ thống truyền hình (của Mỹ) DVB Digital Video Broadcasting Truyền dẫn truyền hình số DVB-C DVB - Cable Truyền dẫn truyền hình số qua cáp DVB-S DVB – Satellite Truyền dẫn truyền hình số qua vệ tinh Binary Phase Shift Keying Khóa dịch pha hai mức DVB-T DVB - Terrestrial Truyền dẫn truyền hình số mặt đất C/N Carrier-to-noise ratio Tỷ số sóng mang tạp âm EBU CCIR Consultative Committee on Uỷ ban tư vấn điện thoại điện báo International Telegraph and quốc tế Telephon European Union EDTV Enhanced TeleVision Consultative Committee on Uỷ ban tư vấn vụ tuyến quốc tế International Radio ETSI European Telecommunica Viện tiêu chuẩn viễn thông Châu Âu Standards Institute B BPSK C CCITT E CENELEC Com Europ de Normal - Uỷ ban tiêu chuẩn kỹ thuật điện tử isation ELECtrotechnique Châu Âu COFDM Coded Orthogonal Freq Ghép đa tần trực giao có mã Division Multiplexing CSIF Common Source Định dạng trung gian cho nguồn chung Intermediate Format (dùng chuẩn Mpeg) D Broadcasting Uỷ ban phát truyền hình Châu Âu Definition Truyền hình phân giải nâng cao F Division Ghép kênh phân chia tần số FDM Frequency Multiplex FEC Forward Error Correction Hiệu chỉnh lỗi trước FFT Fast Fourier Transform Chuyển đổi Fourier nhanh FSK Frequency Shift Keying Khóa dịch tần Group Of Pictures Nhóm ảnh (trong Mpeg) G D/A Digital - to - Analogue Chuyển đổi số - tương tự converter DBPSK Differential Binary Phase Khóa dịch pha vi sai hai mức Shift Keying HDTV High Definition TeleVisio Truyền hình phân giải cao DCT Discrete Cosine Transform Chuyển đổi cosin rời rạc HL High Level Mức cao (dựng MPEG-2) DFT Discrete Fourier Transform Chuyển đổi Fourier rời rạc HP High Priority bit stream DPCM Differential Modulation Dòng bit ưu tiên cao (dựng điều chế phân cấp) I In-phase Đồng pha (dựng QAM) DQPSK Differential Quadratue Phase Khóa dịch pha vi sai bốn mức Shift Keying IDFT Inverse DFT DFT ngược Pulse GOP H Code Điều chế xung mó vi sai IEC International Electrotech Uỷ ban kỹ thuật điện tử quốc tế Commission (part of ISO) FFT ngược IFFT Inverse FFT ISDB-T Intergeted Services Digital Hệ thống truyền hình số mặt đất sử Broadcasting – Terrestrial dụng mạng đa dịch vụ Non Return to Zero Không trở zero OBO Output Back Off Độ dự trữ công suất đầu khuếch đại OFDM Orthogonal Frequency Ghép đa tần trực giao Division Multiplexing OOK On-Off-Keying OSI Open System nection model NRZ O (của Nhật) ISO ITU International Organization Standard Tổ chức tiêu chuẩn quốc tế International Telecommunication Union Liên minh viễn thông quốc tế Khóa tắt mở Intercon- Phương thức liên kết hệ thống mở P J PAL Phase Alternating Line JBIG Joint Binary Image experts Nhóm chuyên gia nghiên cứu tiêu Group chuẩn ảnh nhị phân PRBS JPEG Joint Photographic Experts Nhóm chuyên gia nghiên cứu tiêu Group chuẩn ảnh Pseudo-Random Sequence PRK Phase Reversal Keying Khóa đảo pha PSK Phase Shift Keying Khóa dịch pha Q Quadrature phase Vuông pha (dựng QAM) QAM Quadrature Modulation QPSK Quadratue Keying JTC Joint Technical Committee Ủy ban kỹ thuật phát truyền hình broadcast Châu Âu L Definition Truyền hình phân giải giới hạn Hệ truyền hình màu PAL (pha thay đổi theo dòng quét) Binary Chuỗi giả ngẫu nhiên nhị phân Q LDTV Limited TeleVision LO Local Oscillator Bộ dao động nội LP Low Priority bit stream Dùng bít ưu tiên thấp MB Macro Block Khối macro (dựng MPEG-2) RF Radio Frequency ML Main Level (dựng MPEG-2) R-S Reed-Solomon MP Main Profile (dựng MPEG-2) SDTV MPEG Moving Group Standard TeleVision SFN Single Frequency Network Mạng đơn tần số MUX Multiplex SNR Signal Noise Ratio Tỷ số tín tạp M N Amplitude Điều chế biên độ vuông góc Phase Shift Khóa dịch pha vuông góc R Pictures Experts Nhóm chuyên gia nghiên cứu tiêu chuẩn hình ảnh động Gép kênh T Cao tần Reed-Solomon Definition Truyền hình phân giải chuẩn TDM Time Division Multiplex Ghép phân chia thời gian TS Transport Stream Luồng truyền tải DANH MỤC HÌNH VẼ U UHF Ultra-High Frequency Hình 1.1 Phổ sóng mang OFDM(N=8) VHF Very-High Frequency Hình 1.2 Kỹ thuật đa sóng mang không chồng xung chồng xung Hình 1.3 Đáp ứng tần số subcarrier V VLC Variable Length Coding Mã có độ dài thay đổi Hình 1.4 Bộ điều chế OFDM VSB Vestigial sideband Biên tần cụt Hình 1.5 Mô tả truyền tín hiệu đa đường tới máy thu Hình 1.6 Chèn thời khoảng bảo vệ vào tín hiệu OFDM Hình 1.7 Phổ bốn sóng mang trực giao Hình 1.8 Phổ bốn sóng mang không trực giao Hình 1.9 Đáp ứng xung thu truyền xung RF Hình 1.10 Trảitrễ đa đường Hình 1.11 Phổ công suất Doppler Hình 1.12 Minh hoạ fading lựa chon tần số Hình 2.1 Sơ đồ khối điều chế số DVB-T Hình 2.2 Sơ đồ khối phần biến đổi số sang tương tự Hình 2.3 Phổ tín hiệu OFDM với số sóng mang N=16 phổ tín hiệu RF thực tế Hình 2.4 Biểu diễn chòm điều chế QPSK, 16-QAM 64QAM Hình 2.5 Biểu diễn chòm điều chế phân cấp 16-QAM với α = Hình 2.6 Phân bố sóng mang DVB-T (chưa chèn khoảng bảo vệ) Hình 2.7 Phân bố pilot DVB-T Hình 2.8 Phân bố pilot DVB-T biểu đồ chòm Hình 2.9 Phân bố sóng mang chèn thêm khoảng thời gian bảo vệ Hình 2.10 Các tia sóng đến thời khoảng bảo vệ 10 Hình 3.1 Sơ đồ khối hệ thống Hình 3.2 Mô hình sử dụng hai điều chế DVB-T Hình 3.3 Mô hình chuyển tiếp qua trung tần 31.5 MHz LỜI CẢM ƠN Hình 3.4 Mô hình LỜI CAM ĐOAN Hình 3.5 Thu tín hiệu số từ vệ tinh NHỮNG TỪ VIẾT TẮT Hình 3.6 Vị trí Tỉnh Quảng trị DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 3.7 Sơ đồ khối thu phát OFDM Hình 3.8 BER theo SNR MỤC LỤC GIỚI THIỆU CHUNG CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ KĨ THUẬT OFDM 14 1.1 Giới thiệu chương 14 1.2 Khái niệm , nguyên lý OFDM 15 1.3 Tính trực giao tín hiệu OFDM 16 1.4 Trực giao tín hiệu OFDM 18 1.5 ISI, ICI hệ thống OFDM 21 1.6 Kênh vô tuyến 25 1.6.1 Suy hao (Attenuation and Path loss) 25 1.6.2 Ảnh hưởng đa đường Fading chậm, nhanh 25 1.6.3 Độ trễ trải, độ dịch Doppler 27 1.6.4 Fading lựa chọn tần số Fading phẳng 29 1.7 Ưu điểm hạn chế hệ thống OFDM 32 1.8 Kết luận 33 CHƯƠNG : OFDM TRONG TRUYỀNHÌNH SỐ MẶT ĐẤT DVB-T 34 2.1 Tổng quan DVB_T 34 2.2 Biến đổi IFFT điều chế tín hiệu DVB-T 36 2.3 Lựa chọn điều chế sở 36 2.4 Số lượng, vị trí nhiệm vụ sóng mang 38 2.5 Chèn khoảng thời gian bảo vệ 39 2.6 Tổng vận tốc dòng liệu máy phát số DVB-T 41 2.7 Kết luận 42 11 12 GIỚI THIỆU CHUNG CHƯƠNG : GIẢI PHÁP SỐ HÓA TRUYỀN HÌNH SỐ MẶT ĐẤT TỈNH QUẢNG TRỊ VÀ MÔ PHỎNG 3.1 Lộ trình mục tiêu số hóa 43 3.2 Các giải pháp thực 44 3.3 Mô đánh giá 50 3.4 Kết luận 61 KẾT LUẬN 61 TÀI LIỆU THAM KHẢO 64 PHỤ LỤC 66 Trong năm gần đây, kỹ thuật thông tin vô tuyến có bước tiến triển vượt bậc Sự phát triển nhanh chóng video,thoại thông tin liệu Internet, điện thoại di động có mặt khắp nơi, nhu cầu truyền thông đa phương tiện di động ngày phát triển Việc nghiên cứu phát triển diễn toàn giới để đưa hệ hệ thống truyền thông đa phương tiện băng rộng không dây Sự hoạt động hệ thống vô tuyến tiên tiến phụ thuộc nhiều vào đặc tính kênh thông tin vô tuyến như: fading lựa chọn tần số, độ rộng băng thông bị giới hạn, điều kiện đường truyền thay đổi cách nhanh chóng tác động qua lại tín hiệu Điều chế OFDM ứng dụng cách hiệu nhiều hệ thống vô tuyến riêng biệt hệ thống phát kỹ thuật số (DAB) truyền hình kỹ thuật số (DVB) Truyền hình số mặt đất DVB-T (mà chọn làm tiêu chuẩn cho truyền hình số Việt Nam) ứng dụng công nghệ OFDM Công nghệ điều chế OFDM sử dụng 1705 sóng mang (ở chế độ 2K) 6817 sóng mang (chế độ 8K) cho luồng liệu QPSK, 16-QAM hay 64-QAM tỷ lệ khoảng bảo vệ Tu/Ts = 1/4, 1/8, 1/16, 1/32 tuỳ môi trường có trễ dài hay ngắn Với khả chống hiệu ứng đa đường động tốt OFDM tạo ngành truyền hình có hai khả mà truyền hình tương tự trước truyền hình số tuân theo tiêu chuẩn đạt là: - Khả thu di động dịch vụ truyền hình quảng bá - Khả tạo nên mạng đơn tần phạm vi rộng Tỉnh Quảng Trị thuộc nhóm III, triển khai từ năm 2015 đến năm 2018 Các Doanh nghiệp cung cấp dịch vụ truyền dẫn phát sóng truyền hình số mặt đất toàn quốc khu vực có trách nhiệm triển khai Hoàn thành việc xây dựng hạ tầng truyền dẫn phát sóng truyền hình số mặt đất tỉnh Quảng Trị Trước ngày 31/12/2018, kết thúc việc phát sóng tất kênh chương trình truyền hình hạ tầng truyền dẫn phát sóng tuyền hình tương tự mặt đất để chuyển hoàn toàn sang phát sóng hạ tầng truyền dẫn phát sóng truyền hình số mặt đất Quảng Trị Đến năm 2015: Đảm bảo 80% hộ gia đình có máy thu hình nước xem truyền hình số phương thức khác nhau, truyền hình số mặt đất 13 chiếm khoảng 55% phương thức truyền hình; Phủ sóng truyền hình số mặt đất để truyền dẫn kênh chương trình phục vụ nhiệm vụ trị tới 60% dân cư; Áp dụng thống tiêu chuẩn truyền hình số mặt đất sở tiêu chuẩn truyền hình số mặt đất DVB-T phiên Áp dụng thống tiêu chuẩn mã hóa hình ảnh âm + Phần phát: Đến ngày 31 tháng 12 năm 2015 áp dụng tiêu chuẩn MPEG-2 MPEG4; + Phần thu: Từ 01 tháng 01 năm 2013, thiết bị thu truyền hình số sản xuất nhập phải tuân theo tiêu chuẩn MPEG4 có hỗ trợ thu MPEG-2 Đến năm 2018: Đảm bảo 100% hộ gia đình có máy thu hình toàn tỉnh xem truyền hình số phương thức khác nhau; đó, truyền hình số mặt đất chiếm 45% phương thức truyền hình; Phủ sóng truyền hình số mặt đất để truyền dẫn kênh chương trình phục vụ nhiệm vụ trị tới 80% dân cư; Giải pháp sử dụng máy phát hình số cộng với máy phát analog đầu tư với mức kinh phí thấp nhất, đỡ phức tạp nhất, trước hết tận dụng hệ thống cáp anten dải rộng có Hệ thống thiết bị công nghệ kỹ thuật số gọn không chiếm nhiều diện tích, tiêu tốn điện Sự tác động vào hệ thống thiết bị (cụ thể máy phát hình) khai thác thấp nhất, thời gian triển khai nhanh nhất,đáp ứng yêu cầu trước mắt đài địa phương Nội dung đề tài gồm chương : Chương : Kĩ thuật OFDM Chương : Ứng dụng OFDM truyền hình số mặt đất DVB_T Chương : Giải pháp số hóa truyền hình số mặt đất tỉnh Quảng Trị Mô Trong trình làm đề tài, em cố gắng nhiều song tránh khỏi thiếu sót Em mong nhận thông cảm, phê bình, hướng dẫn giúp đỡ tận tình Thầy Cô, bạn bè 14 CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ KĨ THUẬT OFDM 1.1 Giới thiệu chung 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 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 không 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 vô 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 lắp 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 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 thông 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 toán 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 15 16 sóng mang khác miền tần số làm cho hiệu suất sử dụng phổ giảm 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 khoảng thời bảo vệ symbol OFDM Trong khoảng thời bảo vệ, symbol OFDM mở rộng theo chu kỳ (cyclicall extended) để tránh xuyên nhiễu sóng mang ICI 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 toán 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,các hệ thống không dây IEEE802.11 (Wi-Fi) IEEE 802.16(WiMAX),phát quảng bá âm số(DAB),và phát quảng bá truyền hình số mặt đất chất lượng cao(HDTV) Ch.1 Ch.10 Tần số (a) Khoảng thông tiết kiệm 1.2 Khái niệm,nguyên lý OFDM OFDM kĩ thuật ghép kênh phân chia theo tần số trực giao.OFDM phân toàn băng tần thành nhiều kênh băng hẹp,mỗi kênh có sóng mang.Các sóng mang trực giao với sóng mang khác có nghĩa có số nguyên lần lặp chu kỳ kí tự.Vì vậy,phổ sóng mang “không” tần số trung tâm tần số sóng mang khác hệ thống.Kết nhiễu sóng mang phụ (b) Tần số Hình 1.2 Kỹ thuật đa sóng mang không chồng xung chồng xung Hình 1.2 minh họa khác kỹ thuật điều chế đa sóng mang không 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 1.3 Tính trực giao tín hiệu OFDM Hình 1.1: Phổ sóng mang 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 Các tín hiệu trực giao chúng độc lập tuyến tính với nhau.Trực giao đặc tính giúp cho tín hiệu đa thông tin(multiple information ssignal) truyền cách hoàn hảo kênh truyền thông thường tách mà không gây nhiễu xuyên kênh.Việc tính trực giao sóng mang tạo chồng lặp tín hiệu mang tin làm suy giảm chất lượng tín hiệu làm cho đầu thu khó khôi phục lại hoàn toàn thông tin ban đầu 47 - Dòng ASI-3 dòng sau tách ghép chương trình chứa chương trình (đặc biệt dòng có thêm chương trình địa phương thay chương trình chương trình có dòng ASI-1 Nhược điểm mô hình phải đầu tư hai điều chế số DVB-T, nén ghép chương trình Tuy vậy, mô hình hữu ích cho địa phương (nếu muốn tiếp phát chương trình truyền hình số đài khác) Vì chương trình địa phương phát với công nghệ kỹ thuật số, mà người dân thu nhiều chương trình truyền hình số qua hệ thống phát hình số DVB-T 3.2.2 Mô hình chuyển tiếp qua trung tần 36,15MHz 48 trung tần: 36,15MHz 4,57MHz; chọn 36,15MHz Gapfile máy chuyển tiếp kênh sóng thường có công suất thấp Nhược điểm nữa, chuyển tiếp trung tần, nên đưa chương trình địa phương vào để phát số Một giải pháp khác bổ sung thêm phần phát số vào máy phát hình analog có Đặc biệt có mô hình mà số tài liệu quốc tế đề cập, bổ sung thêm phần phát số vào máy phát hình analog hình tiếng chung Gọi phần phát số máy phát số hoàn chỉnh, mà tận dụng khuếch đại máy phát hình analog có để phát analog bình thường phát chương trình truyền hình số, tạm gọi máy “hai một” hình 3.4 Mô hình theo tài liệu quốc tế, thường sử dụng cho máy phát chuyển tiếp, thông qua trung tần 36,15MHz, phù hợp cấu hình “Gapfile” có công suất nhỏ (20-30W) cho vùng lõm sóng Hình 3.3 mô tả sơ đồ khối Bộ dao động nội LO trộn với trung tần 36,15MHz cho tín hiệu cao tần kênh phát số (Digital=D) Hình 3.4 Mô hình Căn mô hình này, người ta cần đầu tư thêm (trên hình vẽ thể ô có viền bóng): - Một đầu thu hình số - Một điều chế số DVB-T có cao tần; - Một cộng hai kênh (cộng cao tần); Hình 3.3: Mô hình chuyển tiếp qua trung tần 31.5 MHz Ưu điểm mô hình đầu tư điều chế số, giá thành đầu tư thấp Nhược điểm biện pháp hiệu chỉnh bù sửa méo khuếch đại gây phải thực phần cứng hiệu không cao thực phần mềm Khả sửa lỗi bit hiệu chuyển tiếp tín hiệu (dòng truyền tải) Hơn nữa, phải mua loại đầu thu số DVB-T có cho trung tần 36,15MHz (với mức -15dBm) Thông thường đầu thu số có hai giá trị tần số - Hiệu chỉnh mở rộng dải thông lọc từ 8MHz lên 16MHz Nếu không mở rộng phải đầu tư mua lọc có dải thông 16MHz Kênh phát số kênh liền kề với kênh phát hình có; ví dụ, địa phương phát Kênh phát số kênh kênh Tuy nhiên, chọn kênh phát số kênh liền kề với kênh analog có nhiều ưu điểm hơn, không gây can nhiễu sang nhau, phổ phát số nằm gần với phổ mang tiếng (thấp phổ mang hình 10dB) 49 50 Ưu điểm hai kinh phí đầu tư thấp triển khai nhanh Không cần mua máy phát số DVB-T hoàn chỉnh, tận dụng khuếch đại máy phát hình analog có Máy phát “hai một” làm nhiệm vụ đồng thời phát chương trình analog phát chương trình truyền hình số thu analog khoảng 15-18dB Nếu phát với nhóm thông số nêu trên, anten phát anten dải rộng, để đảm bảo vùng phủ sóng số analog tương đương nhau, công suất phát số thấp công suất phát analog nhiều, ví dụ công suất phát analog 2kW, công suất phát số cần khoảng 350-400W, công suất phát analog 5kW công suất máy phát hình số khoảng 500-600W Mức công suất phát số xác định thông qua điều chỉnh mức cao tần điều chế số DVB-T Vì phát số không cần công suất lớn, nên điện dành cho máy phát số không tăng thêm nhiều, mặt không thêm (bộ nén ghép bé), phát thêm chương trình truyền hình số bên cạnh chương trình analog Vận tốc dòng truyền tải giá trị tỷ số C/N (liên quan tới công suất phát số) thay đổi theo nhóm thông số phát tìm thấy tài liệu Đối với Đài xa không thu truyền hình số mặt đất, xin nêu giải pháp để triển khai (hình 3.5) Mô hình hình 3.5 “hai một” với giải pháp ghép kênh địa phương vào (đã mô tả hình3 2) Sơ đồ hình 3.5 thích hợp với thiết bị máy phát hình tiếng chung đầu tư nhiều năm qua vùng lõm số tỉnh Trên hình 3.5 có dòng ASI khác nhau: ví dụ dòng ASI-1 chứa chương trình VTV1+VTV2+VTV3; dòng ASI-2 có chương trình địa phương (ĐP); dòng ASI-3 chứa chương trình truyền hình nén số hoá Hình 3.4 hình 3.5 giống Chỉ khác đầu thu dòng ASI1: sơ đồ hình 3.4 đầu thu số mặt đất DVB-T (để thu chương trình phát số mặt đất ), hình 3.5 đầu thu số vệ tinh (để thu chương trình THVN) Ưu điểm mô hình đầu tư điều chế số, giá thành đầu tư thấp Nhược điểm biện pháp hiệu chỉnh bù sửa méo khuếch đại gây phải thực phần cứng hiệu không cao thực phần mềm Khả sửa lỗi bit hiệu chuyển tiếp tín hiệu (dòng truyền tải) Hơn nữa, phải mua loại đầu thu số DVB-T có cho trung tần 36,15MHz (với mức -15dBm) Thông thường đầu thu số có hai giá trị tần số trung tần: 36,15MHz 4,57MHz; chọn 36,15MHz Gapfile máy chuyển tiếp kênh sóng thường có công suất thấp Nhược điểm nữa, chuyển tiếp trung tần, nên đưa chương trình địa phương vào để phát số Hiện nay, giới chủ yếu sử dụng tiêu chuẩn truyền hình số mặt đất: ATSC Mỹ, ASDB-T Nhật DVB-T Châu Âu Việt Nam lựa chọn, nghiên cứu thử nghiệm, triển khai ứng dụng công nghệ truyền hình số mặt đất DVB-T theo tiêu chuẩn Châu Âu Đây lựa chọn đắn thực tế thu nhận thành công Tuy nhiên từ thực tiễn trình triển khai ứng dụng, nhiều vấn đề thương mại, kỹ thuật yêu cầu dịch vụ xuất cần phải giải nhằm đap ứng xu phát triển hệ thống truyền hình Từ đo yêu cầu tiêu chuẩn truyền hình số mặt đất DVB-T cần bổ sung, đổi phát triển Hình 3.5 Thu tín hiệu số từ vệ tinh Nhóm thông số phát hình số máy “hai một” chọn: 2k; 16-QAM; khoảng bảo vệ 1/32, tỷ lệ mã sửa lỗi 3/4; vận tốc dòng truyền tải đạt 18 Mbit/s (đủ để phát chương trình) Hiện chương trình VTV1+VTV2+VTV3 truyền qua băng C chiếm13,5Mbit/s, vậy, 4,5Mbit/s dành cho chương trình địa phương Thực tế cho thấy để thu số tốt, mức trường số cần thấp 3.3 Mô đánh giá Các giải pháp nêu giải toán tạm thời đài truyền hình nhằm giải toán: 51 52 - Tận dụng sở vật chất sẵn có sử dụng Đài truyền hình địa phương truyền hình Analog - Chuẩn bị đội ngũ kĩ thuật phát truyền hình số - Đảm bảo cho người tiêu dùng có thời gian chuẩn bị kinh phí, thiết bị chuyển đổi sang máy thu hình số sử dụng máy thu hình Analog Trong tương lai, phát truyền hình số mặt đất trở nên bắt buộc thông dụng nhờ ưu điểm bật Nhằm xem xét, thấy rõ thêm đặc tính truyền hình số, chương trình mô truyền hình số OFDM đánh giái phần chất lượng đường truyền vùng Quảng trị [15] 3.3.1: Vùng phủ sóng tham số kỹ thuật Quảng Trị tỉnh ven biển thuộc vùng Bắc Trung Bộ Việt Nam Đây tỉnh có Khu phi quân vĩ tuyến 17, giới tuyến chia cắt hai miền Nam – Bắc Việt Nam Phía bắc tỉnh Quảng Trị giáp tỉnh Quảng Bình, phía nam giáp tỉnh Thừa Thiên Huế, phía tây giáp nước Cộng hòa Dân chủ Lào, phía đông giáp biển Đông Trung tâm hành tỉnh thành phố Đông Hà nằm cách phía nam thủ đô Hà Nội 598 km 1.112 km phía bắc thành phố Hồ Chí Minh Tỉnh có diện tích 4.745,7 km2 với dân số 601.672 người Về mặt hành chính, Quảng Trị có thành phố, thị xã huyện Tỉnh có 141 đơn vị hành cấp xã gồm 117 xã, 13 phường 11 thị trấn Cộng đồng dân tộc tỉnh Quảng Trị gồm dân tộc chính: Kinh, Vân Kiều Pa Cô Tỉ lệ dân tộc thiểu số chiếm khoảng 9% tổng dân số Mỗi dân tộc có lịch sử lâu đời có truyền thống văn hóa phong phú, đặc sắc, đặc biệt văn hóa dân gian Đồng bào dân tộc thiểu số Vân Kiều Pa Cô sinh sống chủ yếu huyện miền núi phía Tây tỉnh như: Hướng Hóa, Đakrông Địa hình đa dạng bao gồm núi, đồi, đồng bằng, cồn cát bãi biển chạy theo hướng tây bắc - đông nam Quảng Trị có nhiều sông ngòi với hệ thống sông sông Thạch Hãn, sông Bến Hải, sông Hiếu, sông Ô Lâu, sông Bến Đá, sông Xê Pôn sông Sê Păng Hiêng Hình 3.6: Vị trí Tỉnh Quảng trị Đài truyền hình Quảng trị nằm vị trí 107E0551 – 16N4852 cao 11 m so với mặt nước biển.Thiết bị phát sóng truyền hình, gồm: + 01 máy phát hình HARRIS (5kW, kênh 11 VHF); phát sóng chương trình truyền hình Quảng Trị (logo QTV); + Cột Anten tự đứng cao 115 m gồm 24 panô, ưu tiên hướng Bắc Nam hướng dàn; Diện phủ sóng 50% địa bàn 70% dân cư toàn tỉnh - Hiện tại, chương trình truyền hình Quảng Trị phát hệ thống truyền hình cáp Việt Nam (thuộc Đài THVN) - Các máy phát hình Đài THVN phát sóng Đài PT-TH tỉnh: + Máy phát hình công suất KW hiệu Thomcast– kênh – VHF phát chương trình VTV1, thời lượng phát 24 giờ/ngày + Máy phát hình công suất KW hiệu Thomson – kênh – VHF, phát chương trình VTV2, thời lượng phát 24 giờ/ngày + Máy phát hình công suất KW Harris – kênh 30 – UHF, phát chương trình VTV3, thời lượng phát 24 giờ/ngày Mô hình phủ sóng tính từ vị trí d đến Đài truyền hình Quảng trị giả thiết theo mô hình truyền sóng Okumura–Hata có hàm suy hao L (tính theo dB) biểu diễn biểu thức L = A + B log10(f) −13.82 log10(Hb) − a(Hm) + [44.9−6.55*log 10(Hb)] * log10(d) + Lother Trong Chiều cao anten phát Hb: 10m-200 m, anten thu Hm: 1m–10 m 53 54 Hệ số hiệu chỉnh a(Hm) = [1.1*log10( f ) − 0.7] *Hm − [1.56* log10( f ) − 0.8] A = 69.55 B = 26.6 Nhiễu kênh truyền giả định nhiễu cộng tính có phân bố Gauss Kênh mô hình hóa nhiễu Gauss xác định biểu thức = độ ệ ủ í ệ đượ đ ề ế í ế Mô hình mô truyền hình số OFDM đơn giản miêu tả theo sơ đồ khối sau: Cốt lõi máy phát OFDM điều chế, điều chỉnh luồng liệu đầu vào khung khung Dữ liệu chia thành khung dựa biến symb_per_frame, đề cập đến số biểu tượng cho khung hình cho sóng mang.Nó xác định biểu thức: symb_per_frame= ceil (2 ^ 13/carrier_count) Điều giới hạn số biểu tượng cho khung hình (symb_per_frame *carrier_count) khoảng[2 ^ 13, * (2 ^ 13-1)],hoặc[8192, 16.382] Tuy nhiên, số lượng sóng thông thường khôngthể lớn nhiều so với1000 mô này, tổng số biểu tượng cho khung hình thường 10.000 Đây sốthực nghiệm hợp lýcủa biểu tượng khung chương trình MATLAB để hoạt động hiệu quả, qua symb_per_frameđược xác định phương trình Nếu tổng số biểu tượng dòng liệu truyền tổng số biểu tượng khung hình,dữ liệu không chia thành khung điều chỉnh lúc Dữ liệu tổ chức theo khung cấu trúc đa khung có cấu trúc sau 3.3.3 Kết thu Hình 3.7: Sơ đồ khối thu phát OFDM 3.3.2: Cấu hình hệ thống tham số chương trình Bảng cho tham số chương trình thử nghiệm phát-thu OFDM Tham số - Luồng liệu lối vào chương trình mô phỏng: Hình ảnh định dạng bmp 8-bit grayscale (256 mức xám) Kích thước ảnh - Kích thước IFFT – 2048 1024 (hoặc nguyên lần bội số 2.) Kích thước IFFT - Số sóng mang: Không lớn [(IFFT size)/2 – 2]; Số sóng mang - Phương pháp điều chế số (mapping): QPSK, 16-QAM, or 256-QAM; Phương pháp điều chế - Công suất gim đỉnh tính theo dB; 6dB Công suất gim đỉnh - Tỷ số công suất tín hiệu ồn (SNR) tính theo dB Giá trị 512x512 1024 400 QPSK dB 55 Tín hiệu OFDM miền thời gian xác định 56 57 Các kết thu với điều chế 16-QAM 256-QAM 58 59 60 Đường cong biểu diễn BER theo SNR (dB) so sánh phương pháp điều chế (mapping) QPSK, 16-QAM 64-QAM theo hình đây: Hình 3.8: BER theo SNR Hình 3.8 cho thấymối quan hệ giữaBER SNRcho phương phápđiều chế QPSK, 16-QAM 64-QAM Theo kết đó,với yêu cầu BER cho truyền thông QPSKđòi hỏiSNRthấp nhiều so với phương thức khác truyền hình số dựa OFDM thích nghi với điều kiện thời tiết để thay đổi phương thức điều chế nhằm đảm bảo chất lượng hình ảnh Ví dụ: Khi trời nắng (kênh truyền tốt) truyền hình số OFDM với điều chế 64-QAM trời mù, nhiều mây (kênh truyền không tốt) truyền hình số OFDM với điều chế 16-QAM, trời mưa (kênh truyền xấu) chuyển sang phát truyền hình số OFDM với điều chế QPSK Các máy thu có chế nhận dạng phương pháp điều chế để thích nghi với máy phát 61 KẾT LUẬN OFDM công nghệ cho phép ghép kênh tiết kiệm phổ Chúng ta biết tín hiệu truyền kênh truyền mặt đất bị ảnh hưởng nhiều hiệu ứng như: nhiễu xung, fading, nhiễu kênh kề, nhiễu kêng chung trễ lan truyền đa đường vấn đề quan tâm ảnh hưởng tín hiệu trễ lên tín hiệu gốc dây giao thoa ký hiệu ISI Trễ tạo lan truyền theo nhiều đường tín hiệu mặt đất, ảnh hưởng trễ đến chất lượng tín hiệu thu mạnh trễ biến đổi nhanh Đối với hệ thống truyền hình tương tự hệ thống thông tin, máy phát cạnh dùng chung tần số vấn đề vô khó khăn Vì hệ thống cần có quy hoạch tần số cẩn thận phương án tái sử dụng tần số Mạng đơn tần SFN mạng gồm nhiều máy phát động tần số phát nội dung Mỗi máy phát mạng SFN tuân theo quy tắc sau: - Phát tần số - Phát lúc - Phát liệu Như điểm thu biên vùng phủ sóng thu nhiều tín hiệu từ trạm phát khác thu coi tín hiệu trễ nhân tạo Vậy mạng SFN dùng OFDM khả thi OFDM giải vấn đề thu tránh hiệu ứng đa đường Ứng dụng SFN tạo bước đột phá công nghệ phát sóng truyền hình, phạm vi rộng lớn triển khai mạng dày đặc máy phát hoạt động tần số Trong tài nguyên tần số tăng UHF/VHF ngày hạn hẹp triển khai SFN mang lại lợi ích vô lớn Hiện công nghệ OFDM nghiên cứu ứng dụng lĩnh vực thông tin vô tuyến truyền hình số mặt đất Công nghệ lựa chọn kết hợp phương pháp điều chế cổ điển phương pháp đa truy cập vô tuyến ứng dụng OFDM dành cho mạch vòng vô tuyến nội hạt, mạng cục (LAN) vô tuyến, dịch vụ truyền hình cá nhân tế bào Các hệ thống đa truy cập dựa OFDM OFDM-TAMA MC-CDMA xem xét tới hệ hệ thống vô tuyến nhiều người sử dụng 62 Qua luận văn giúp hiểu thêm kỹ thuật điều chế đa sóng mang OFDM với đặc tính kỹ thuật bật mình: Tính trực giao khẳng định chắn hiệu lý thuyết truyền tin; Khoảng bảo vệ cho phép đảm bảo tính trực giao đồng thời giúp loại bỏ nhiễu ISI; Phép biến đổi Fourier tạo giải pháp đơn giản hiệu để thực kỹ thuật này, giúp cho OFDM ứng dụng rộng rãi Cùng với việc sử dụng hiệu kỹ thuật đồng bộ, cân mã hóa, OFDM chứng tỏ vai trò hệ thống viễn thông kỹ thuật điều chế tiên tiến.Hiểu thêm truyền hình số mặt đất – ứng dụng kỹ thuật OFDM thực tế.Biết trở ngại hệ thống OFDM là: vấn đề tần số offset, vấn đề đồng bộ, cuối vấn đề tỷ số công suất đỉnh trung bình PAPR lớn Mạng OFDM ứng dụng cách hiệu nhiều hệ thống vô tuyến riêng biệt hệ thống phát kỹ thuật số (DAB) truyền hình kỹ thuật số (DVB) Truyền hình số mặt đất DVB-T (mà chọn làm tiêu chuẩn cho truyền hình số Việt Nam) ứng dụng công nghệ OFDM Công nghệ sử dụng 1705 sóng mang (ở chế độ 2K) 6817 sóng mang (chế độ 8K) cho luồng liệu QPSK, 16-QAM hay 64-QAM tỷ lệ khoảng bảo vệ Tu/Ts = 1/4, 1/8, 1/16, 1/32 tuỳ môi trường có trễ dài hay ngắn Với khả chống hiệu ứng đa đường động tốt OFDM tạo ngành truyền hình có hai khả mà truyền hình tương tự trước truyền hình số tuân theo tiêu chuẩn đạt Giải pháp trình chuyển đổi từ phát sóng analog sang phát sóng truyền hình số đáp ứng yêu cầu trước mắt địa phương Các giải pháp nêu toán tạm thời đài truyền hình nhằm giải toán:Tận dụng sở vật chất sẵn có sử dụng Đài truyền hình địa phương truyền hình Analog Chuẩn bị đội ngũ kĩ thuật phát truyền hình số Đảm bảo cho người tiêu dùng có thời gian chuẩn bị kinh phí, thiết bị chuyển đổi sang máy thu hình số sử dụng máy thu hình Analog Do phạm vi đề tài rộng nên thực qua luận văn chưa cung cấp nhiều thông tin ứng dụng truyền hình số mặt đất Dù cố gắng luận văn nhiều sai sót kèm theo giới hạn hiểu biết đề tài Hy vọng kinh nghiệm hữu ích cho sau Chương trình mô luận văn giới hạn khuôn khổ xem xét ảnh hưởng vấn đề ánh xạ (mapping) điều chế IFFT cho truyền hình OFDM chủ yếu liệu ảnh file ảnh (dạng bmp ) hình ảnh chưa nén (hay chưa xử lý) Độ hoàn thiện đánh giá theo BER với SNR 63 64 Khi hình ảnh xử lý (nén – định dạng mp2 mp4) độ hoàn thiện truyền hình dựa OFDM đánh giá theo PSNR PSNR tỷ lệ tín hiệu đỉnh nhiễu tỷ lệ tín hiệu tham chiếu ảnh tín hiệu biến dạng hình ảnh tính decibel (dB).Nói chung, giá trị PSNR cao tương quan với chất lượng hình ảnh cao hơn,nhưng thực nghiệm luôn PSNR thước đo chất lượng phổ biến tính toán dễ dàng nhanh chóng Với khung hình ảnhA = {a1 aM}, B={b1 BM} MAX giá trị điểm ảnh tối đa có thể(2 ^ - 1= 255tương ứng hình ảnh 8-bit) ( , ) = 10 ( , ) Chương trình mô luận văn chưa xem xét đến ảnh hưởng phương pháp mã hóa cho truyền hình số dựa OFDM nêu chương chương 2.Tín hiệu đưa vào xử lý bước đầu định dạng ảnh chưa phải liệu video Các vấn đề tiếp tục nghiên cứu làm rõ sau TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt T.S 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 Thông & Công Nghệ Thông Tin , (8/2004) Đặng Văn Chuyết, Nguyễn Tuấn Anh, “Cơ sở lý thuyết truyền tin-Tập hai “, Nhà xuất giáo dục (2000) Cheng-Xiang Wang, Nguyễn Văn Đức, “Kỹ thuật thông tin số_tập 1”, Nhà xuất khoa học kĩ thuật- Hà Nội (2006) Nguyễn Hoàng Hải , Th.s Nguyễn Việt Anh , “ Lập trình Matlab ứng dụng“, Nhà xuất khoa học kỹ thuật- Hà Nội (2006) Phan Hương , “ Công nghệ OFDM truyền dẫn vô tuyến băng rộng điểm-đa điểm tốc độ cao (54Mbit/s) “ , Tạp chí Bưu Chính Viễn Thông & Công Nghệ Thông Tin (13/03/2006) Quách Tuấn Ngọc,”xử lý tín hiệu số “, Nhà xuất giáo dục (1999) Nguyễn Ngọc Tiến,” Một số vấn đề kỹ thuật OFDM”, Tạp chí Bưu Chính Viễn Thông & Công Nghệ Thông Tin, Kỳ 1(10/2003) Tạ Quốc Ưng , “ Điện thoại di động truyền hình số mặt đất DVB_T “ , Tạp chí Bưu Chính Viễn Thông & Công Nghệ Thông Tin (12/11/2003) Tiếng Anh Anibal Luis Intini, “ Orthogonal Frequency Division Multiplexing for Wirelss Networks “ , University of California Santa Barbara – (December, 2000) 10 Digital Video Broadcasting The international Standard for Digital Television 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 ( Dec2001) 65 66 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 K.Fazel , S.Kasier , “ Multi-carrier and spread spectrum systems “, John Wiley & Sons Ltd , The Atrium , Southern Gate, Chichester, West Sussex PO19 8SQ, England ( 2003) 14 Richard van Nee, Ramjee Prasad, OFDM for Wireless Multimedia Communications, Artech House (2000) 15.Guillermo Acosta, "Smart Antenna Research Laboratory" PHỤ LỤC Chương trình mô (Nguồn: Guillermo Acosta,"Smart Antenna Research Laboratory"- www.ece.gatech.edu/research/ /OFDM/Tutorial_web.pdf ) A File OFDM_sim.m www.ece.gatech.edu/research/ /OFDM/Tutorial_web.pdf % *************** MAIN PROGRAM FILE ***************% % ####################################################### % % ************* OFDM SYSTEM INITIALIZATION: ************* % % **** setting up parameters & obtaining source data **** % % ####################################################### % % Turn off exact-match warning to allow case-insensitive input files warning('off','MATLAB:dispatcher:InexactMatch'); clear all; % clear all previous data in MATLAB workspace close all; % close all previously opened figures and graphs SNR_dB=0:4:40; ber = zeros(1,length(SNR_dB)) fprintf('\n\n##########################################\n') fprintf('#*********** OFDM Simulation ************#\n') fprintf('##########################################\n\n') % save parameters for receiver save('parameters'); 67 68 % read data from input file f = 0.25; x = imread(file_in); header = sin(0:f*2*pi:f*2*pi*(head_len-1)); figure(100) f=f/(pi*2/3); rgb = imread(file_in); header = header+sin(0:f*2*pi:f*2*pi*(head_len-1)); image(rgb); title('RGB image') title('Anh goc lena file bitmap'); % arrange data into frames and transmit colormap(hot(256)) frame_guard = zeros(1, symb_period); time_wave_tx = []; % arrange data read from image for OFDM processing h = size(x,1); w = size(x,2); x = reshape(x', 1, w*h); baseband_tx = double(x); % convert original data word size (bits/word) to symbol size (bits/symbol) baseband_tx = convertor(baseband_tx, word_size, symb_size); symb_per_carrier = ceil(length(baseband_tx)/carrier_count); fig = 1; if(symb_per_carrier > symb_per_frame) % === multiple frames === % power = 0; while ~isempty(baseband_tx) % number of symbols per frame frame_len = min(symb_per_frame*carrier_count,length(baseband_tx)); frame_data = baseband_tx(1:frame_len); % save original baseband data for error calculation later % update the yet-to-modulate data save('err_calc.mat', 'baseband_tx'); baseband_tx = baseband_tx((frame_len+1):(length(baseband_tx))); % OFDM modulation % signal to noise ratio in dB time_signal_tx = modulate(frame_data,ifft_size,carriers, for SNR_dB = 0:4:40 save snr SNR_dB % ####################################################### % % ******************* OFDM TRANSMITTER ****************** % % ####################################################### % tic; % start stopwatch conj_carriers, carrier_count, symb_size, guard_time, fig); fig = 0; %indicate that modulate() has already generated plots % add a frame guard to each frame of modulated signal time_wave_tx = [time_wave_tx frame_guard time_signal_tx]; frame_power = var(time_signal_tx); end % scale the header to match signal level % generate header and trailer (an exact copy of the header) 69 power = power + frame_power; 70 time_wave_tx(find(abs(time_wave_tx)>=clipped_peak)) % The OFDM modulated signal for transmission = clipped_peak.*time_wave_tx(find(abs(time_wave_tx)>=clipped_peak)) time_wave_tx = [power*header time_wave_tx frame_guard power*header]; /abs(time_wave_tx(find(abs(time_wave_tx)>=clipped_peak))); else % === single frame === % % ===== channel noise ===== % % OFDM modulation power = var(time_wave_tx); % Gaussian (AWGN) time_signal_tx = modulate(baseband_tx,ifft_size,carriers, SNR_linear = 10^(SNR_dB/10); conj_carriers, carrier_count, symb_size, guard_time, fig); noise_factor = sqrt(power/SNR_linear); noise = randn(1,length(time_wave_tx)) * noise_factor; % calculate the signal power to scale the header time_wave_rx = time_wave_tx + noise; power = var(time_signal_tx); % The OFDM modulated signal for transmission % show summary of the OFDM channel modeling time_wave_tx = peak = max(abs(time_wave_rx(head_len+1:length(time_wave_rx)-head_len))); [power*header frame_guard time_signal_tx frame_guard power*header]; end sig_rms = std(time_wave_rx(head_len+1:length(time_wave_rx)-head_len)); peak_rms_ratio = (20*log10(peak/sig_rms)); fprintf('Peak to RMS power ratio at exit of channel is: %f dB\n', % show summary of the OFDM transmission modeling peak_rms_ratio) peak = max(abs(time_wave_tx(head_len+1:length(time_wave_tx)-head_len))); sig_rms = std(time_wave_tx(head_len+1:length(time_wave_tx)-head_len)); % Save the signal to be received peak_rms_ratio = (20*log10(peak/sig_rms)); save('received.mat', 'time_wave_rx', 'h', 'w'); fprintf('\nSummary of the OFDM transmission and channel modeling:\n') fprintf('#******** OFDM data transmitted in %f seconds ********#\n\n', toc) fprintf('Peak to RMS power ratio at entrance of channel is:%f dB\n', peak_rms_ratio) % ####################################################### % % ********************* OFDM RECEIVER ******************* % % ####################################################### % % ####################################################### % % **************** COMMUNICATION CHANNEL **************** % % ####################################################### % clear all; % flush all data stored in memory previously tic; % start stopwatch % ===== signal clipping ===== % clipped_peak = (10^(0-(clipping/20)))*max(abs(time_wave_tx)); % invoking ofdm_parameters.m script to set OFDM system parameters 71 72 load('parameters'); load('snr'); if SNR_dB > (head_len+symb_period*((symb_per_frame+1)/2+1)))); else time_wave = time_wave_rx(start_x:min(end_x, load('Ber_QPSK'); ((start_x-1) + (symb_period*((symb_per_frame+1)/2+1))))); end end % receive data % detect the data frame that only contains the useful information load('received.mat'); frame_start = time_wave_rx = time_wave_rx.'; frame_detect(time_wave, symb_period, envelope, start_x); if k==num_frame end_x = length(time_wave_rx); last_frame = 1; start_x = 1; frame_end = min(end_x, (frame_start-1) + symb_period* data = []; phase = []; last_frame = 0; (1+ceil(rem(w*h,carrier_count*symb_per_frame)/carrier_count))); else frame_end=min(frame_start-1+(symb_per_frame+1)*symb_period, end_x); unpad = 0; end if rem(w*h, carrier_count)~=0 % take the time signal abstracted from this frame to demodulate unpad = carrier_count - rem(w*h, carrier_count); time_wave = time_wave_rx(frame_start:frame_end); end % update the label for leftover signal num_frame=ceil((h*w)*(word_size/symb_size)/(symb_per_frame*carrier_count)); start_x = frame_end - symb_period; fig = 0; if k==ceil(num_frame/2) for k = 1:num_frame if k==1 || k==num_frame || rem(k,max(floor(num_frame/10),1))==0 fprintf('Demodulating Frame #%d\n',k) end % pick appropriate trunks of time signal to detect data frame if k==1 time_wave = time_wave_rx(start_x:min(end_x, fig = 1; end % demodulate the received time signal [data_rx, phase_rx] = demod (time_wave, ifft_size, carriers, conj_carriers, guard_time, symb_size, word_size, last_frame, unpad, fig); if fig==1 73 fig = 0; % indicate that demod() has already generated plots end 74 % make each patched pixel the same color as the oneright above it if length(data_out)~=(w*h) for k=1:(w*h-length(data_out)) phase = [phase phase_rx]; mend(k)=data_out(length(data_out)-w+k); data = [data data_rx]; end end data_out = [data_out mend]; phase_rx = phase; % decoded phase end data_rx = data; % received data end % convert symbol size (bits/symbol) to file word size (bits/byte) as needed % format the demodulated data to reconstruct a bitmap image data_out = convertor(data_rx, symb_size, word_size); fprintf('#********** OFDM data received in %f seconds *********#\n\n', toc) data_out = reshape(data_out, w, h)'; data_out = uint8(data_out); % save the output image to a bitmap (*.bmp) file % ####################################################### % imwrite(data_out, file_out, 'bmp'); % ********************** DATA OUTPUT ******************** % % ####################################################### % figure(4) rgb = imread(file_out); % patch or trim the data to fit a w-by-h image image(rgb); title('Anh Lena voi SNR(dB) =') if length(data_out)>(w*h) % trim extra data colormap(hot(256)) data_out = data_out(1:(w*h)); elseif length(data_out)length(baseband_tx) 76 y = reshape(data_out', 1, length(x)); data_rx = data_rx(1:length(baseband_tx)); err_pix = find(y~=x); phase_rx = phase_rx(1:length(baseband_tx)); fprintf('Percent error of pixels of the received image = %f%%\n\n', elseif length(data_rx)=180)) = phase_err(find(phase_err>=180))-360; phase_err(find(phase_err