Đồ án Ứng dụng kĩ thuật OFDM vào trong truyền hình số mặt đất

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN.

MỤC LỤC.

CÁC TỪ VIẾT TẮT

LỜI MỞ ĐẦU

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ KĨ THUẬT OFDM

1.1. Giới thiệu chương. . 1

1.2. Khái niệm OFDM. . . 2

1.3. Nguyên lý OFDM. . 3

1.4. Tính trực giao của tín hiệu OFDM. . 4

1.4.1. Trực giao trong miền tần số của tín hiệu OFDM. 6

1.5. Sử dụng biến đổi IFFT để tạo sóng mang con(subcarrier). . . 7

1.6. ISI, ICI trong hệ thống OFDM . . 10

1.7. Ưu điểm của hệ thống OFDM. . . . 13

1.8. Các hạn chế khi sử dụng hệ thống OFDM. .14

1.9. kết luận. . . . . 15

CHƯƠNG 2: ẢNH HƯỞNG CỦA KÊNH VÔ TUYẾN ĐẾN

TRUYỀN DẪN TÍN HIỆU.

2.1. Giới thiệu chương . . . 16

2.2. Tổng quan về kênh vô tuyến di động (mobile radio channel). . .16

2.3. Suy hao đường truyền ( pass loss and attenuation). . . .16

2.4. Fading chậm(slow fading) va fading nhanh(past fading). . . 17

2.5. Fading lựa chọn tần số và fading phẳng. . . .18

2.6. Thông số tán xạ thời gian(time dispertin parameter). . 21

2.7. Phổ Doppler (Doppler spectrum). . . 22

2.8. Trải phổ doppler và thời gian kết hợp ( Doppler spread and

coherence time). 24

2.9. Kết luận. . . . . .26

CHƯƠNG 3: CÁC VẤN ĐỀ KĨ THUẬT TRONG HỆ THỐNG OFDM

3.1. Giới thiệu chương. . 27

3.2. Tổng quan về đồng bộ trong hệ thống OFDM. . . . 28

3.2.1. Nhận biết khung. . . . 28

3.2.2. Ước lượng khoảng dịch tần số. . . 29

3.2.2.1. Ước lượng phần thập phân. 30

3.2.2.2. Ước lượng phần nguyên. . . 31

3.3. Các vấn đề đồng bộ trong hệ thống OFDM. . . 32

3.3.1. Đồng bộ tần số trong hệ thống OFDM. .32

3.3.1.1. Đồng bộ tần số lấy mẫu. . . .33

3.3.1.2.Đồng bộ tần số sóng mang. . 33

3.3.2. Đồng bộ ký tự trong hệ thống OFDM. . 34

3.3.2.1. Đồng bộ ký tự dựa trên ký hiệu pilot. 35

3.3.2.2. Đồng bộ ký tự dựa vào CP. . . 36

3.3.2.3. Đồng bộ khung ký tự dựa trên mã đồng bộ khung (FSC :Frame

synchronization Code). .37

3.3.3. Ảnh hưởng của sai lỗi đồng bộ đến chỉ tiêu chất lượng của hệ thống

OFDM. . .38

3.4. Tỷ số công suất đỉnh trên công suất trung bình (PAPR). . 39

3.5. Kết luận. 40

CHƯƠNG 4 : ỨNG DỤNG OFDM TRONG TRUYỀN

HÌNH SỐ MẶT ĐẤT DVB-T.

4.1. Giới thiệu chương. . . .42

4.2. Tổng quan về DVB_T. . . . 43

4.3. Tính trực giao của các sóng mang OFDM trong DVB_T. .46

4.4. Biến đổi IFFT và điều chế tín hiệu trong DVB-T. . . .46

4.5. Lựa chọn điều chế cơ sở. . 47

4.6. Số lượng, vị trí và nhiệm vụ của các sóng mang. . .48

4.7. Chèn khoảng thời gian bảo vệ .51

4.8. Tổng vận tốc dòng dữ liệu của máy phát số DVB-T 52

4.9. Kết luận . .53

CHƯƠNG 5 : MÔ PHỎNG TRUYỀN DẦN TÍN HIỆU TRONG TRUYỀN HÌNH SỐ MẶT ĐẤT DVB_T Ở MODE 2K SỬ DỤNG KỸ THUẬT OFDM

5.1. Giới thiệu chương. . . .54

5.2. Mô hình đơn giản của hệ thống OFDM. . 54

5.3. Lưu đồ thuật toán chương trình mô phỏng. .55

5.3.1. Sơ đồ các chương trình con bên phía phát của DVB_T . 56

5.3.2. Sơ đồ các chương trình con bên phía thu của DVB_T . 56

5.4. Kết quả mô phỏng. .57

5.5. Kết luận chương. . . 61

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI. 62

TÀI LIỆU THAM KHẢO. 64

PHỤ LUC A. 66

PHỤ LỤC B. 76

 

doc18 trang | Chia sẻ: lethao | Ngày: 04/02/2013 | Lượt xem: 2165 | Lượt tải: 39download
Bạn đang xem nội dung tài liệu Đồ án Ứng dụng kĩ thuật OFDM vào trong truyền hình số mặt đất, để tải tài liệu về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ KĨ THUẬT OFDM . Giới thiệu chương. Phương thức truyền dữ liệu bằng cách chia nhỏ ra thành nhiều luồng bit và sử dụng chúng để điều chế nhiều sóng mang đã được sử dụng cách đây hơn 30 năm. Ghép kênh phân chia theo tấn số trực giao -OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) là một trường hợp đặc biệt của truyền dẫn đa sóng mang,tức là chia nhỏ một luồng dữ liệu tốc độ cao thành nhiều luồng dữ liệu tốc độ thấp hơn được truyền đồng thời trên cùng một kênh truyền.OFDM là một phương thức điều chế hấp dẫn cho các kênh có đáp tuyến tần số không phẳng,lịch sử của OFDM được bắt đầu từ 1960. Trong OFDM, băng thông khả dụng được chia thành một số lượng lớn các kênh con, mỗi kênh con nhỏ đến nỗi đáp ứng tần số có thể giả sử như là không đổi trong kênh con. Luồng thông tin tổng quát được chia thành những luồng thông tin con, mỗi luồng thông tin con được truyền trên một kênh con khác nhau. Những kênh con này trực giao với nhau và dễ dàng khôi phục lại ở đầu thu. Chính điều quan trọng này làm giảm xuyên nhiễu giữa các symbol (ISI) và làm hệ thống OFDM hoạt động tốt trong các kênh fading nhiều tia. Dựa vào các lợi ích của sự tiến bộ trong kỹ thuật RF và DSP, hệ thống OFDM có thể đạt được tốc độ cao trong truy xuất vô tuyến với chi phí thấp và hiệu quả sử dụng phổ cao. Trong hệ thống FDM (Frequency Division Multiplexer) truyền thống, băng tần số của tổng tín hiệu được chia thành N kênh tần số con không trùng lắp. Mỗi kênh con được điều chế với một symbol riêng lẻ và sau đó N kênh con được ghép kênh tần số với nhau. Điều này giúp tránh việc chồng lấp phổ của những kênh và giới hạn được xuyên nhiễu giữa các kênh với nhau. Tuy nhiên, điều này dẫn đến hiệu suất sử dụng phổ thấp. Để khắc phục vấn đề hiệu suất, nhiều ý kiến đã được đề xuất từ giữa những năm 60 là sử dụng dữ liệu song song và FDM với các kênh con chồng lấp nhau, trong đó mỗi sóng mang tín hiệu có băng thông 2b được cách nhau một khoảng tần b để tránh hiện tượng cân bằng tốc độ cao, chống lại nhiễu xung và nhiễu đa đường, cũng như sử dụng băng tần một cách có hiệu quả. Ý nghĩa của trực giao cho ta biết rằng có một sự quan hệ toán học chính xác giữa những tần số của các sóng mang trong hệ thống. Trong hệ thống ghép kênh phân chia tần số thông thường, nhiều sóng mang được cách nhau ra một phần để cho tín hiệu có thể thu được tại đầu thu bằng các bộ lọc và bộ giải điều chế thông thường. Trong những bộ thu như thế, các khoảng tần bảo vệ được đưa vào giữa những sóng mang khác nhau và trong miền tần số sẽ làm cho hiệu suất sử dụng phổ giảm đi. Vào năm 1971, Weinstein và Ebert đã ứng dụng biến đổi Fourier rời rạc (DFT) cho hệ thống truyền dẫn dữ liệu song song như một phần của quá trình điều chế và giải điều chế[13]. Điều này làm giảm đi số lượng phần cứng cả ở đầu phát và đầu thu. Thêm vào đó, việc tính toán phức tạp cũng có thể giảm đi một cách đáng kể bằng việc sử dụng thuật toán biến đổi Fourier nhanh (FFT), đồng thời nhờ những tiến bộ gần đây trong kỹ thuật tích hợp với tỷ lệ rất cao (VLSI) và kỹ thuật xử lý tín hiệu số (DSP) đã làm được những chíp FFT tốc độ cao, kích thước lớn có thể đáp ứng cho mục đích thương mại và làm giảm chi phí bổ sung của những hệ thống OFDM một cách đáng kể. Hiện nay,OFDM được sử dụng trong nhiều hệ thống như ADSL,các hệ thống không dây như IEEE802.11 (Wi-Fi) và IEEE 802.16(WiMAX),phát quảng bá âm thanh số(DAB),và phát quảng bá truyền hình số mặt đất chất lượng cao(HDTV) . . Khái niệm OFDM. OFDM là kĩ thuật ghép kênh phân chia theo tần số trực giao.OFDM phân toàn bộ băng tần thành nhiều kênh băng hẹp,mỗi kênh có một sóng mang.Các sóng mang này trực giao với các sóng mang khác có nghĩa là có một số nguyên lần lặp trên một chu kỳ kí tự.Vì vậy,phổ của mỗi sóng mang bằng “không” tại tần số trung tâm của tần số sóng mang khác trong hệ thống.Kết quả là không có nhiễu giữa các sóng mang phụ. Hình 1.1 Sóng mang OFDM(N=8) . Nguyên lý OFDM. Nguyên lý cơ bản của OFDM là chia nhỏ một luồng dữ liệu tốc độ cao trước khi phát thành nhiều luồng dữ liệu tốc độ thấp hơn và phát mỗi luồng dữ liệu đó trên một sóng mang con khác nhau . Các sóng mang này là trực giao với nhau , điều này được thực hiện bằng cách chọn độ giãn tần số một cách hợp lý . Bởi vì khoảng thời symbol tăng lên cho các sóng mang con song song tốc độ thấp hơn, cho nên lượng nhiễu gây ra do độ trải trễ đa đường được giảm xuống. Nhiễu xuyên ký tự ISI được hạn chế hầu như hoàn toàn do việc đưa vào một khoảng thời bảo vệ trong mỗi symbol OFDM . Trong khoảng thời bảo vệ , symbol OFDM được mở rộng theo chu (a) Tần số Tần số Khoảng thông tiết kiệm (b) Hình 1.2 Kỹ thuật đa sóng mang không chồng xung và chồng xung. Ch.1 Ch.10 kỳ (cyclicall extended) để tránh xuyên nhiễu giữa các sóng mang ICI. Hình 1.2 minh họa sự khác nhau giữa kỹ thuật điều chế đa sóng mang không chồng xung và kỹ thuật đa sóng mang chồng xung . Bằng cách sử dụng kỹ thuật đa sóng mang chồng xung , ta có thể tiết kiệm được khoảng 50% băng thông .Tuy nhiên , trong kỹ thuật đa sóng mang chồng xung, chúng ta cần triệt để giảm xuyên nhiễu giữa các sóng mang, nghĩa là các sóng này cần phải trực giao với nhau. . Tính trực giao của tín hiệu OFDM. Các tín hiệu là trực giao nhau nếu chúng độc lập tuyến tính với nhau.Trực giao là một đặc tính giúp cho các tín hiệu đa thông tin(multiple information ssignal) được truyền một cách hoàn hảo trên cùng một kênh truyền thông thường và được tách ra mà không gây nhiễu xuyên kênh.Việc mất tính trực giao giữa các sóng mang sẽ tạo ra sự chồng lặp giữa các tín hiệu mang tin và làm suy giảm chất lượng tín hiệu và làm cho đầu thu khó khôi phục lại được hoàn toàn thông tin ban đầu. Trong OFDM, các sóng mang con được chồng lắp với nhau nhưng tín hiệu vẫn có thể được khôi phục mà không có xuyên nhiễu giữa các sóng mang kế cận bởi vì giữa các sóng mang con có tính trực giao. Xét một tập các sóng mang con:, n=0,1,..., N −1, . Tập sóng mang con này sẽ trực giao khi: (1.1) Trong đó: K là hằng số không phụ thuộc t, n hoặc m. Và trong OFDM, tập các sóng mang con được truyền có thể được viết là: (1.2) Trong đó : và (1.3) f0 là tần số offset ban đầu Bây giờ ta chứng minh tính trực giao của các sóng mang con. Xét biểu thức (1.1) ta có : (1.4) = 0 với n≠m Nếu các sóng mang con trực giao nhau thì biểu thức (1.1) phải xảy ra,tức biểu thức (1.4) luôn đúng. Khi n=m thì tích phân trên bằng T/2 không phụ thuộc vào n,m. Vì vậy, nếu như các sóng mang con cách nhau một khoảng bằng 1 T , thì chúng sẽ trực giao với nhau trong khoảng t2 − t1 là bội số của T. OFDM đạt được tính trực giao trong miền tần số bằng cách phân phối mỗi khoảng tín hiệu thông tin vào các sóng mang con khác nhau. Tín hiệu OFDM được hình thành bằng cách tổng hợp các sóng sine, tương ứng với một sóng mang con. Tần số băng gốc của mỗi sóng mang con được chọn là bội số của nghịch đảo khoảng thời symbol, vì vậy tất cả sóng mang con có một số nguyên lần chu kỳ trong mỗi symbol. TX Power Frequency (carrier spacing) (b) Hình 1.3 Đáp ứng tần số của các subcarrier Mô tả phổ của mỗi subcarrier và mẫu tần số rời rạc được nhìn thấy của bộ thu OFDM. Mô tả đáp ứng tổng cộng của 5 subcarrier (đường tô đậm). TX Power Frequency (carrier spacing) (a) . Trực giao trong miền tần số của tín hiệu OFDM. Một cách khác để xem xét tính trực giao của tín hiệu OFDM là xem phổ của nó. Phổ của tín hiệu OFDM chính là tích chập của các xung dirac tại các tần số sóng mang với phổ của xung hình chữ nhật (=1 trong khoảng thời gian symbol , =0 tại các vị trí khác). Phổ biên độ của xung hình chữ nhật là sinc(fT). Hình dạng của hình sinc có một búp chính hẹp và nhiều búp phụ có biên độ suy hao chậm với các tần số xa trung tâm. Mỗi subcarrier có một đỉnh tại tần số trung tâm và bằng không tại tất cả các tần số là bội số của 1/T. Hình 1.3 mô tả phổ của một tín hiệu OFDM. Tính trực giao là kết quả của việc đỉnh của mỗi subcarrier tương ứng với các giá trị không của tất cả các subcarrier khác. Khi tín hiệu này được tách bằng cách sử dụng DFT, phổ của chúng không liên tục như hình 1.3a , mà là những mẫu rời rạc. Phổ của tín hiệu lấy mẫu tại các giá trị ‘0’ trong hình vẽ. Nếu DFT được đồng bộ theo thời gian, các mẫu tần số chồng lắp giữa các subcarrier không ảnh hưởng tới bộ thu. Giá trị đỉnh đo được tương ứng với giá trị ‘null’ của tất cả các subcarrier khác do đó có tính trực giao giữa các subcarrier. 1.5. Sử dụng biến đổi IFFT để tạo sóng mang con(subcarrier). Để đạt được khả năng chống lại hiện tượng tán sắc trong các kênh truyền,kích thướt khối N (số subcarrier) phải lớn ,điều này đòi hỏi một lượng lớn modem sub-channel . May mắn là chúng ta có thể chứng minh về mặt toán học rằng việc lấy biến đổi Fourier rời rạc ngược (IDFT-inverse discrete Fourier transform) N symbol QAM và sau đó truyền các hệ số một cách liên tiếp. Việc đơn giãn hoá phần cứng cho việc truyền dẫn tín hiệu OFDM có thể đạt được nếu các bộ điều chế và giải điều chế cho các kênh con được thực hiện bằng cách sử dụng cặp biến đổi IFFT (inverse fast Fourier transform) và FFT.Một tín hiệu OFDM bao gồm tổng hợp của các sóng mang con được điều chế sử dụng khóa dịch pha PSK (Phase Shift Keying) hoặc điều chế biên độ vuông góc QAM (Quadrature Amplitude Modulation). Nếu gọi di là các chuỗi dữ liệu QAM phức, NS là số lượng sóng mang con, T là khoảng thời symbol và fC là tần số sóng mang, thì symbol OFDM bắt đầu tại t = ts có thể được viết như sau[13]: (1.5) Để cho dễ tính toán, ta có thể thay thế symbol OFDM trên như sau [13]: (1.6) Trong biểu thức trên, phần thực và phần ảo tương ứng với thành phần cùng pha và vuông pha của tín hiệu OFDM, mà sẽ được nhân với hàm cosin và sin của từng tần số sóng mang con riêng rẽ để tổng hợp được tín hiệu OFDM sau cùng. Serial to parrellel OFDM signal Hình 1.4. Bộ điều chế OFDM Hình 1.4 minh họa sơ đồ khối hoạt động của bộ điều chế OFDM [13]. Khi tín hiệu OFDM s(t) ở (1.6) được truyền đi tới phía thu, sau khi loại bỏ thành phần tần số cao fc , tín hiệu sẽ được giải điều chế bằng cách nhân với các liên hiệp phức của các sóng mang con. Nếu liên hiệp phức của sóng mang con thứ l được nhân với s(t) , thì sẽ thu được symbol QAM dj+Ns/2 (được nhân với hệ số T ), còn đối với các sóng mang con khác, giá trị nhân sẽ bằng không bởi vì sự sai biệt tần số (i-j)/T tạo ra một số nguyên chu kỳ trong khoảng thời symbol T , cho nên kết quả nhân sẽ bằng không (1.7) Tín hiệu OFDM s(t) được miêu tả trong (1.6) thực tế không khác gì hơn so với biến đổi Fourier ngược của Ns symbol QAM ngõ vào. Lượng thời gian rời rạc cũng chính là biến đổi ngược Fourier rời rạc, công thức được cho ở (1.8), với thời gian t được thay thế bởi số mẫu n. (1.8) Trong thực tế, biến đổi Fourier ngược rời rạc (IDFT) này có thể thực hiện nhanh hơn bằng cách thay thế bởi biến đổi Fourier ngược nhanh (IFFT). Điều này cũng tương tự đối với biến đổi Fourier rời rạc (DFT) khi được thay thế bởi biến đổi Fourier nhanh (FFT). Một biến đổi IDFT N điểm đòi hỏi tổng cộng có N2 phép nhân phức, thực sự chỉ là phép quay pha. Ngoài ra, cũng có thêm một số phép cộng, nhưng vì phần cứng của bộ cộng ít phức tạp hơn bộ nhân nhiều cho nên ta chỉ so sánh số phép nhân mà thôi. Trong khi đó, biến đổi IFFT N điểm, nếu sử dụng thuật toán cơ số 2 chỉ cần có phép nhân phức, nếu sử dụng thuật toán cơ số 4 thì chỉ cần phép nhân mà thôi. Sở dĩ thuật toán IFFT, FFT có được hiệu suất như vậy là do biến đổi IDFT có thể phân tích thành nhiều biến đổi IDFT nhỏ hơn cho đến khi còn là các biến đổi IDFT một điểm. Sau khi luồng dữ liệu nối tiếp cần truyền đi được chuyển thành song song, chúng được đưa vào bộ biến đổi IFFT có nhiệm vụ là biến đổi thành phần phổ trong miền tần số của dữ liệu cần truyền thành tín hiệu trong miền thời gian, đưa lên tần số cao và truyền đi. Ở đầu thu, tín hiệu trong miền thời gian sẽ được thu, được biến đổi tần số, và 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( intersymbol interference) là hiện tượng nhiễu liên kí hiệu. ISI xảy ra do hiệu ứng đa đường, trong đó một tín hiệu tới sau sẽ gây ảnh hưởng lên tín hiệu trước đó. Hình 1.5 Mô tả truyền tín hiệu đa đường tới máy thu. Chẳng hạn như ở hình 1.5, chúng ta thấy rõ tín hiệu phản xạ (reflection) đến máy thu theo đường truyền dài hơn so với các tín hiệu còn lại. Khoảng thời gian trễ(mức trải trễ) này tính như sau: τ = ∆s/c khoảng chênh lệch này là khá nhỏ, tuy nhiên so với khoảng thời gian một mẫu tín hiệu thì nó lại không nhỏ chút nào. Trong các hệ thống đơn sóng mang, ISI là một vấn đề khá nan giải. Lí do là độ rộng băng tần tỉ lệ nghịch với khoảng thời gian kí hiệu, do vậy nếu muốn tăng tốc độ truyền dữ liệu trong các hệ thống này, tức là giảm khoảng kí hiệu , vô hình chung đã làm tăng mức trải trễ tương đối. Lúc này hệ thống rất nhạy với trải trễ. Và việc thêm khoảng bảo vệ khó triệt tiêu hết ISI. Phương án giải quyết được lựa chọn là tạo các đường truyền thẳng. Theo đó, các anten thu phát sẽ được đặt trên cao nhằm lấy đường truyền. Tuy nhiên, đó cũng không phải là một cách hiệu quả. Nhưng vấn đề về nhiễu ISI đã được giải quyết trong hệ thống OFDM,đây cũng là một lý do quan trọng để chúng ta sử dụng hệ thống OFDM,tức là nó bị ảnh hưởng ít bởi độ trải trễ đa đường. Đối với một hệ thống băng thông cho trước, tốc độ symbol của tín hiệu OFDM thấp hơn nhiều so với phương thức truyền dẫn đơn sóng mang. Ví dụ, đối với kiểu điều chế BPSK đơn sóng mang, tốc độ symbol tương đương với tốc độ bit truyền dẫn. Còn đối với hệ thống OFDM, băng thông được chia nhỏ cho Ns sóng mang con làm cho tốc độ symbol thấp hơn Ns lần so với truyền dẫn đơn sóng mang. Tốc độ symbol thấp này làm cho OFDM chống lại được ảnh hưởng của nhiễu ISI gây ra do truyền đa đường. Truyền đa đường gây ra bởi tín hiệu truyền dẫn vô tuyến bị phản xạ bởi những vật cản trong môi trường truyền như tường, nhà cao tầng, núi v.v... Nhiều tín hiệu phản xạ này đến đầu thu ở những thời điểm khác nhau do khoảng cách truyền khác nhau. Điều này sẽ trải rộng đường bao các symbol gây ra sự rò rỉ năng lượng giữa chúng. Ảnh hưởng của ISI lên tín hiệu OFDM có thể cải tiến hơn nữa bằng cách thêm vào một khoảng thời bảo vệ lúc bắt đầu mỗi symbol. Khoảng thời bảo vệ này chính là copy lặp lại dạng sóng làm tăng chiều dài của symbol. Khoảng thời bảo vệ được chọn sao cho lớn hơn độ trải trễ ước lượng của kênh, để cho các thành phần đa đường từ một symbol không thể nào gây nhiễu cho symbol kế cận. Mỗi sóng mang con, trong khoảng thời symbol của tín hiệu OFDM khi không có cộng thêm khoảng thời bảo vệ, (tức là khoảng thời thực hiện biến đổi IFFT dùng để phát tín hiệu), sẽ có một số nguyên chu kỳ. Bởi vì việc sao chép phần cuối của symbol và gắn vào phần đầu cho nên ta sẽ có khoảng thời symbol dài hơn. Hình 1.6 minh họa việc chèn thêm khoảng thời bảo vệ. Chiều dài tổng cộng của symbol là: với Ts là chiều dài tổng cộng của symbol, TG là chiều dài khoảng thời bảo vệ, và TFFT là khoảng thời thực hiện biến đổi IFFT dùng để phát tín hiệu OFDM. Hình 1.6. Chèn thời khoảng bảo vệ vào tín hiệu OFDM Trong một tín hiệu OFDM, biên độ và 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 sinc chính xác nữa, và như vậy các điểm có giá trị phổ cực tiểu của sóng mang con sẽ không xuất hiện tại các tần số mà những sóng mang con khác có phổ cực đại nữa và gây ra nhiễu xuyên sóng mang (ICI). Tính chất trực giao của sóng mang có thể được nhìn thấy trên giản đồ trong miền thời gian hoặc trong miền tần số. Từ giản đồ miền thời gian, mỗi sóng mang có dạng sin với số 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 và 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 Tính trực giao của một sóng mang với sóng mang khác bị mất nếu giá trị của sóng mang không bằng không tại 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 ký 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 ký tự OFDM trải qua ISI. Sự bù tần số sóng mang của máy phát và máy thu cũng gây ra ICI đến một ký 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 sóng mang con. 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) và 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 và mã kênh thích hợp, hệ thống OFDM có thể khôi phục lại được các symbol bị mất do 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 và 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 với khoảng thời gian lấy mẫu (sample timing offsets) hơn so với các hệ thống sóng mang đơn. 9. OFDM chịu đựng tốt với nhiễu xung và 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 nếu dùng bộ khuếch đại công suất hoạt động ở miền bão hòa để 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 và từ digital sang analog. 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 và sự trượt của sóng mang hơn các hệ thống đơn sóng mang. Vấn đề đồng bộ tần 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 và 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. 1.10. kết luận. Với việc giới thiệu về nguyên lý và các đặc tính cơ bản của OFDM trong chương này, chúng ta thấy rằng OFDM thực sự là một phương thức điều chế thuận lợi cho các ứng dụng không dây tốc độ cao. Đi cùng với việc chế tạo các mạch tích hợp tỷ lệ rất cao (VLSI) và kỹ thuật xử lý tín hiệu số (DSP) tiên tiến là việc hạ giá thành của các hệ thống OFDM. Chính nhờ điều này mà các hệ thống OFDM hoạt động dựa trên nguyên tắc tạo các sóng mang con bằng biến đổi IFFT/FFT đã trở nên dễ dàng khi chế tạo các ma trận IFFT/FFT kích thước lớn giá thành hạ. Trong chương sau trình bày về ảnh hưởng của kênh vô tuyến đến truyền dẫn tín hiệu,giúp chúng ta có hiểu biết nhất định về kênh vô tuyến trước khi ứng dụng OFDM trong DVB_T.

Các file đính kèm theo tài liệu này:

  • doc5.1 Chuong1_datn.doc
  • doc1. loi cam doan.doc
  • doc2. muc luc.doc
  • doc3. cac tu viet tat.doc
  • doc4. loimodau.doc
  • doc5.2 Chuong2_datn.doc
  • doc5.3 Chuong3_datn.doc
  • doc5.4 Chuong4_datn.doc
  • doc5.5 chuong 5_datn.doc
  • doc6. ket luan va huong phat trien de tai.doc
  • doc7. tai lieu tham khao.doc
  • doc8. phan phu luc.doc
  • docBIA DATN.doc
  • rarchuong trinh mo phong.rar