Lời em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến cô Mạc Thị Phượng, người định hướng cho em thực đồ án tốt nghiệp này, trình thực đề tài mình, em nhận bảo tận tình, lời góp ý bổ ích thầy, thầy giúp em vạch hướng đắn nhất, giúp em có hội tiếp cận LỜI CẢM với tài liệu tham khảo tốt Bên cạnh đó, cô động viên, khích lệ chúng em làm tốt Em hoàn thành tốt đồ án nhờ nhiều từ giúp đỡ nhiệt tình cô, lần em xin chân thành cảm ơn cô Em xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới thầy giáo, cô giáo trường tạo điều kiện tốt cho em thời gian qua để em thực tốt đồ án tốt nghiệp Đồng thời em xin gửi lời cảm ơn tới thầy giáo, cô giáo môn nhiệt tình giúp đỡ, tạo điều kiện cho em sở vật chất, tinh thần giúp em hoàn thành tốt đề tài Em xin chân thành cảm ơn ỉ tháng 05 năm 2013 Sinh viên thực LỜI CAM NGUYỄN VĂN LINH Em xin cam đoan nội dung đồ án tốt nghiệp em với tên đề tài: “Nghiên cứu vẩn đề đồng hệ thống OFDM ” thân em nghiên cứu, tìm hiểu xây dựng, em không chép nội dung đồ án, hay sản phẩm tương tự khác Em xin bảo đảm điều em nói thật, sai em xin chịu hình thức kỷ luật trường đưa Em xin chân thành cảm ơn! tháng 05 năm 2013 Sinh viên thực NGUYỄN VÃN LINH Hình 1.1: So sánh kỹ thuật sóng mang không chằng xung (a) kỹ thuật sóng THUẬT NGỮ VIẾT TẮT Đuờng dây thuê bao số bất đối ADSL Asymmetric Digital Subcriber AWGN Additive White Gauss Noise xứng Nhiễu Gauss trắng cộng tính BER Bit Error Rate Tỉ lệ lỗi bit BPSK CIR Binary Phase Shift Keying Carrier to Interference Ratio Khóa dịch pha nhị phân Tỉ số sóng mang nhiễu DAB Digital Audio Broadcasting Phát số quảng bá DFT Discrete Fourier Transform Biến đổi Fourier rời rạc DVB Digital Video Broadcasting Truyền hình số quảng bá Digital Video Broadcasting - Truyền hình số quảng bá mặt Terrestrial đất EKF FFT Extended Kalman Filter Fast Fourier Transform Bộ lọc Kalman mở rộng Biến đổi Fourier nhanh HDSL High bit rate Digital Subcriber Line Đuờng dây thuê bao số tốc độ cao DVB-T HiperLAN2 ICI IDFT IFFT OFDM ISI MMSE pdf QAM ML (MLE) High Performance Local Area Network Inter-Carrier Interference Inverse Discrete Fourier Transform Mạng nội hiệu suất cao (là chuẩn Châu Âu, tương tự chuẩn 802.1 la Mỹ) ẩ hiễu sóng mang Biến đổi Fourier ngược rời rạc Maximum Estimation giống Inverse Fast Likelihood Fourier Transform Biếnnhất đổi Fourier nhanh ngược Orthogonal Frequency Division Hợp kênh phân chia theo tần số Inter Symbol Interference ẩ hiễu ký hiệu Multiplexing trực giao Lỗi bình phương trung bình tối Minimum Mean Square Error Probability Density Function Hàm mật độ xác suất thiểu Điều chế biên độ cầu phương Quadrature Amplitude Maximum Likelihood - Modulation Gần giống nhất- ước lượng gần QPSK SC Quadrature Phase Shift Keying Self-Cancellation Khóa dịch pha cầu phương Tự loại bỏ SNR Signal to a oise Ratio Tỷ sô tín hiệu ôn VDSL WLAN Very-high-bit-rate Digital Subcribe Đường dây thuê bao số tốc độ bit Line cao Wireless Local Area a etwork Mạng nội không dây LỜI NÓI ĐÀU Việc nghiên cứu kỹ thuật ghép kênh phân chia theo tần số trực giao (OFDM) biết đến từ năm 70 kỷ trước, với ưu điểm như: cho phép truyền liệu tốc độ cao truyền song song với tốc độ thấp băng hẹp, khả cho hiệu suất phổ cao, khả chống lại fading chọn lọc tần số, đom giản hiệu điều chế giải điều chế tín hiệu nhờ sử dụng thuật toán IFFT, FFT Chính thế, OFDM ngày phát triển dịch vụ viễn thông tốc độ cao nhu Internet không dây, thông tin di động 4G, mạng LAẩ không dây, chọn làm chuẩn cho hệ thống phát số Do OFDM trở thành công nghệ chấp nhận cách rộng rãi chuẩn truyền thông không dây di động sử dụng nhiều hom tưomg lai ẩ hưng thuận lợi việc sử dụng OFDM khả vưom xa hom tính phổ biến hệ thống OFDM Hiện nay, OFDM OFDMA nghiên cứu ứng dụng triển vọng công nghệ truy cập băng rộng không dây (Wimax) Tuy nhiên, để áp dụng kỹ thuật cần phải giải vấn đề tồn hệ thống ẩ ội dung đồ án bao gồm chưomg: Chương 1: GIỚI THIỆU Tổẩ G QUAẩ VỀ OFDM Chương 2: MÔI TRƯỜẩ G TRUYỀẩ VÔ TUYẾẩ VÀ Ảẩ H Hưởẩ G TỚI OFDM Chương 3: VẤẩ ĐỀ Đồẩ G Bộ TROẩ G HỆ THỐẩ G OFDM Chương 4: MÔ PHỎẩ G VÀ ĐÁẩ H GIÁ KÉT QUẢ Tuy có nhiều cố gắng nhiều thiếu sót cần bổ sung phát triển mong quý thầy cô bạn đọc bảo thêm Em xin chân thành cảm ơn quý thầy cô Khoa ĐIỆẩ TỬ-VIỄẩ THỒẩ G, đặc biệt cô Mạc Thị Phượng hướng dẫn em hoàn thành đồ án Thái ẩ guyên, tháng 06 năm 2013 Sinh viên thực ẩ GUYỄẩ VẢẩ Llẩ H Chương GIỚI THIỆU TỒNG QUAN VỀ OFDM 1.1 Khái niệm OFDM (Orthogonal Frequency Division Multilplexing) công nghệ ghép kênh phân chia theo tần số trực giao, Kỹ thuật điều chế OFDM trường họp đặc biệt phương pháp điều chế đa sóng mang sóng mang phụ trực giao với nhau, nhờ phổ tần tín hiệu sóng mang phụ cho phép chồng lấn lên mà phía thu khôi phục lại tín hiệu ban đầu Sự chồng lấn phổ tín hiệu làm cho hệ thống OFDM có hiệu suất sử dụng phổ lớn nhiều so với kỹ thuật điều chế thông thường 1.2 Các nguyên lý Cff OFDM ẩ guyên lý OFDM chia luồng liệu tốc độ cao thành luồng liệu tốc độ thấp phát đồng thời số sóng mang trực giao Vì khoảng thời gian symbol tăng lên cho sóng mang song song tốc độ thấp hơn, lượng nhiễu gây độ trải trễ đa đường giảm xuống, ẩ hiễu xuyên ký tự ISI hạn chế hoàn toàn việc đưa vào khoảng thời gian bảo vệ symbol OFDM Trong khoảng thời gian bảo vệ, symbol OFDM bảo vệ theo chu kỳ để tránh nhiễu sóng mang ICI Giữa kỹ thuật điều chế đa sóng mang không chồng phổ kỹ thuật điều chế đa sóng mang chồng phổ có khác Trong kỹ thuật đa sóng mang chồng phổ, ta tiết kiệm khoảng 50% băng thông Tuy nhiên, kỹ thuật đa sóng mang chồng phổ, ta cần triệt xuyên nhiễu sóng mang, nghĩa sóng cần trực giao với Trong OFDM, liệu sóng mang chồng lên liệu sóng mang lân cận Sự chồng chập nguyên nhân làm tăng hiệu sử dụng phổ OFDM Ta thấy số điều kiện cụ thể, tăng dung lượng đáng kể cho hệ thống OFDM cách làm thích nghi tốc độ liệu sóng mang tùy theo tỷ số tín hiệu ừên tạp âm sẩ R sóng mang C Ch 10 Hình 1.1: So sánh kỹ thuật sóng mang không chồng xung (a) kỹ thuật sóng mang chồng xung (b) 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 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 kết hợp đồng trạm với trạm khác Với cách truyền OFDM, tín hiệu thông tin từ nhiều trạm kết họp 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 nàychồng 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 1.2: Sơ đồ hệ thống OFDM Đầu tiên, liệu vào tốc độ cao chia thành nhiều dòng liệu song song tốc độ thấp nhờ chuyển đổi nối tiếp/song song (S/P: Serial/Parrallel) Mỗi dòng liệu song song sau mã hóa sử dụng thuật toán sửa lỗi tiến (FEC) xếp theo trình tự hỗn họp Những symbol hỗn họp đưa đến đầu vào khối IDFT Khối tính toán mẫu thời gian tương ứng với kênh nhánh miền tần số Sau đó, khoảng bảo vệ chèn vào để giảm nhiễu xuyên ký tự ISI dạng hình sine) lấy mẫu đỉnh tạo xuyên nhiễu kênh ICI kênh phụ tính trực giao sóng mang phụ Vấn đề đồng tần số hệ thống OFDM gồm có đồng tần số lấy mẫu đồng tần số sóng mang 3.4.1 Đồng tần số lẩy mẫu Tại bên thu, tín hiệu thu liên tục lấy mẫu theo đồng hồ máy thu Sự chênh lệch nhịp đồng hồ máy phát máy thu gây xoay pha, suy hao thành phần tín hiệu có ích, tạo xuyên nhiễu kênh ICI Đổ khắc phục vấn đề này, giải pháp thứ sử dụng thuật toán điều khiển dao động điều chinh điện áp VCO; giải pháp thứ hai thực xử lý số để động tần số lấy mẫu giữ cố định tần số lấy mẫu 3.4.2 Đồng tần số sổng mang Đồng tần số vấn đề định hệ thống thông tin đa sóng mang Neu việc thực đồng không bảo đảm, hiệu suất hệ thống nhu ưu điểm hệ thống so với hệ thống thông tin đơn sóng mang giảm đáng kể Để thực đồng tần số sóng mang phải ước lượng khoảng dịch tần sóng mang CFO Cũng đồng thời gian (symbol), chia giải pháp ước lượng tần số thành loại: dựa vào tín hiệu liệu, dựa vào tín hiệu pilot, dựa vào CP, 3.4.2.1 ước lượng khoảng dịch tần số sóng mang CFO dựa vào pilot Trong thuật toán này, số sóng mang sử dụng để truyền dẫn tín hiệu pilot Tín hiệu thường chọn tín hiệu PN Bằng cách sử dụng thuật toán thích hợp, bên thu xác định giá trị xoay pha tín hiệu gây sai lệch tần số Nếu độ sai lệch tần số nhỏ nửa khoảng cách tần số hai sóng mang phụ kề nhau, ánh xạ giá trị xoay pha độ lệch tần số ánh xạ 1-1 nên xác định độ chênh lệch tần số 3.4.2.2 ước lượng tần số sóng mang sử dụng CP Xét sóng mang phụ điều chế dòng liệu: u(n) = -^YS{k)e N J2x^r n = - L + 1,N - \ \ N k=0 Tín hiệu phía phát: MO = £•'(") g(g~' N Tín hiệu phía thu : yịt) = ^u(n) hịg-nT') + n(t) Với đáp ứng h(t) đáp ứng kênh; n(t) đáp ứng nhiễu Tín hiệu CP với chiều dài L (Hình 3.7), tín hiệu phía thu : J’.(0 = e'ỉ“"V0 + »(0 Đối với / = {-£ +1 0},f £ / hàm n =-L +1 (i + /)! = = n ơ]e~ n m l = N (T+ [...]... hơn các hệ thống đơn sóng mang, vấn đề đồng bộ tần số trong hệ thống OFDM phức tạp hơn hệ thống đơn sóng mang Tần số offset của sóng mang gây nhiễu cho các sóng mang con trực giao và gây nên nhiễu liên kênh làm giảm hoạt động của các bộ giải điều chế một cách trầm trọng Vì vậy, đồng bộ tần số là một trong những nhiệm vụ thiết yếu cần phải đạt trong bộ thu OFDM 1.8 ứng dụng Ngày nay, lã thuật OFDM đã... giảm hiệu quả phổ của hệ thống Và thực tế là tùy thuộc vào từng loại ứng dụng, mức nhiễu và hiệu quả phổ của hệ thống phải được lựa chọn Hầu hết các loại nhiễu trong các hệ thống có thể được mô phỏng một cách chính xác bằng nhiễu trắng cộng Hay nói cách khác tạp âm trắng Gaussian là loại nhiễu phổ biến nhất trong hệ thống truyền dẫn Loại nhiễu này có mật độ phổ công suất là đồng đều trong cả băng thông... cho các hệ thống phát thanh số như DAB (Digital Audio Broadcasting), DRM (Digital Radio Mondiale - hệ thống phát thanh số đường dài thay cho hệ thống AM), các hệ thống truyền hình số mặt đất DVB-T (Digital Video Broadcasting for Terrestrial Transmission Mode), DVB-H (Digital Video Broadcasting for Handheld) và ít người biết rằng sự nâng cao tốc độ đường truyền trong hệ thống ADSL là nhờ lã thuật OFDM, ... còn hạn chế về mặt công nghệ, vì khó tạo ra các bộ điều chế đa sóng mang giá thành thấp theo biến đổi nhanh Fuorier IFFT Hiện nay, nhờ ứng dụng công nghệ mạch tích họp nên phương pháp này đã được đưa vào ứng dụng trong thực tiễn 1.5 Sự trực giao (Orthogonal) Orthogonal chỉ ra rằng có một mối quan hệ chính xác giữa các tần số của các sóng mang trong hệ thống OFDM Trong hệ thống FDM thông thường, các... để thay thế hàng loạt các bộ dao động tạo sóng sin, bộ điều chế, giải điều chế Hơn nữa, IFFT/FFT được xem là một thuật toán giúp cho việc biến đổi IDFT/DFT nhanh và gọn hơn bằng cách giảm số phép nhần phức khỉ thực hiện phép biến đổi IDFT/DFT và giúp tiết kiệm bộ nhớ bằng cách tính tại chỗ Mỗi sóng mang trong hệ thống OFDM đều có thể viết dưới dạng Với hệ thống đa sóng mang OFDM ta có thể biếu diễn... yêu cầu vào bổ sung bộ giám sát kênh - OFDM ít bị ảnh hưởng với khoảng thời gian lấy mẫu (sample timing offsets) hơn so với hệ thống đơn sóng mang - OFDM chịu đựng tốt nhiễu xung với và nhiễu xuyên kênh kết hợp - Ngoài những ưu điểm trên thì OFDM cũng có những hạn chế 1.7.2 Nhược điểm - Symbol OFDM bị nhiễu biên độ với một khoảng động lớn Vì tất cả các hệ thống thông tin thực tế đều bị giới hạn công... chồng lấn giữa ký tự hiện thời với ký tự trước đó và kết quả là có nhiễu liên ký tự (ISI) Trong OFDM, ISI thường đề cập đến nhiễu của một ký tự OFDM với ký tự trước đó .Trong hệ thống OFDM, để giảm được nhiễu ISI, phương pháp đơn giản và thông dụng nhất là đưa vào tiền tố lặp CP 2.2.6 Nhiễu liên sóng mang ICI Trong OFDM, phổ của các sóng mang chồng lấn nhưng vin trực giao với sóng mang khác Điều này có... kênh đa đường thay đối trên thời gian ký tự OFDM Dịch Doppler ưên mễỉ thành phần đa đường gây ra dịch tần số ưên mỗi sóng mang, kết quả là mất tính trực giao giữa chúng ICI cũng xảy ra khi một ký tự OFDM bị nhiễu ISI Sự lệch tần số sóng mang của máy phát và máy thu cũng gây ra nhiễu ICI trong hệ thống OFDM Hình 2.5: Lỗi dịch tần số gây nhiẫi ICI trong hệ thống OFDM Ai 1-1“ 5f Ễ - 5f £._!+ —H Af I* f 2.2.7... OFDM 0 ... là: Đồng symbol, đồng tần số lấy mẫu, đồng tần số sóng mang xét ảnh hưởng sai lỗi đồng đến hiệu suất hệ thống 3.2 Sự đồng hệ thống OFDM Hệ thống OFDM yêu cầu khắt khe vấn đề đồng sai lệch tần... nhiễu thường gặp hệ thống OFDM đề cập đến Để hạn chế nhiễu ảnh hưởng kênh truyền đa đường chương sau đề cập đến số kỹ thuật úng dụng ừong OFDM Chương VẮN ĐÈ ĐỒNG Bộ TRONG HỆ THỐNG OFDM 3.1 Giới... NGUYỄN VĂN LINH Em xin cam đoan nội dung đồ án tốt nghiệp em với tên đề tài: Nghiên cứu vẩn đề đồng hệ thống OFDM ” thân em nghiên cứu, tìm hiểu xây dựng, em không chép nội dung đồ án, hay sản phẩm