Đồ án Tổng quát về công nghệ OFDM và các ứng dụng trong thông tin vô tuyến

Trong cuộc sống hàng ngày hiện nay, thông tin liên lạc đóng vai trò rất quan trọng không thể thiếu được. Chúng quyết định nhiều mặt hoạt động xã hội, giúp con người nhanh chóng nắm bắt các giá trị văn hóa, kinh tế, chính trị, khoa học kỹ thuật rất đa dạng và phong phú. Bằng những bước phát triển thần kỳ, các thành tựu công nghệ Điện Tử - Tin Học – Viễn Thông làm thay đổi cuộc sống con người từng giờ từng phút, tạo ra một trào lưu “Điện Tử - Tin Học – Viễn Thông” trong mọi lĩnh vực ở cuối thế kỷ 20 và đầu thế kỷ 21. Các dịch vụ viễn thông phát triển hết sức nhanh chóng đã tạo ra nhu cầu to lớn cho hệ thống truyền dẫn thông tin. Các công nghệ truyền dẫn vô tuyến lần lược ra đời như FDMA, TDMA . nhằm đáp ứng được nhu cầu về tốc độ và chất lượng truyền. Mặc dù các yêu cầu cho các dịch vụ này rất cao song vẫn yêu cầu các giải pháp thích hợp để thực hiện cho từng thế hệ. Kỹ thuật OFDM lần đầu tiên được giới thiệu năm 1966. Tuy nhiên cho đến thời gian gần đây, kỹ thuật OFDM mới được ứng dụng trong thực tế nhờ có những tiến bộ trong lĩnh vực xử lý tín hiệu số và kỹ thuật vi sử lý. OFDM là kỹ thuật điều chế phân chia dải tần cho phép thành rất nhiều dải tần con với các sóng mang khác nhau, mỗi sóng mang này được điều chế để truyền một dòng dữ liệu tốc độ thấp. Tập hợp của các dòng dữ liệu tốc độ thấp này chính là dòng tốc độ cao cần truyền tải. Các sóng mang trong kỹ thuật điều chế đa sóng mang là họ sóng mang trực giao, điều này cho phép chồng phổ giữa các sóng mang. Do đó sử dụng dải thông một cách hiệu quả, ngoài ra họ sóng mang trực giao còn mang lại nhiều lợi ích khác mà các kỹ thuật khác không có. Phương pháp này được gọi chung là ghép kênh theo tần số trực giao OFDM. Trong nội dung đồ án tốt nghiệp em xin giới thiệu tổng quát về công nghệ OFDM và các ứng dụng trong thông tin vô tuyến. Đồ án gồm các nội dung chính sau:  Chương 1: Giới thiệu về kỹ thuật OFDM  Chương 2: Ảnh hưởng của kênh vô tuyến đến truyền dẫn tín hiệu.  Chương 3: Các vấn đề kỹ thuật trong hệ thống OFDM  Chương 4: Ứng dụng công nghệ OFDM trong truyền hình số mặt đất DVB_T Mục đích của đồ án là nêu được nguyên lý chung, cấu trúc và các ưu nhược điểm của công nghệ OFDM. Đồng thời nêu ra các ứng dụng trong thông tin vô tuyến và hướng phát triển trong tương lai. Vì thời gian có hạn và kiến thức con hạn chế nên đồ án của em không tránh khỏi những thiếu sót. Em rất mong nhận được sự góp ý của thầy cô và bạn bè. Trong quá trình làm đồ án em nhận được rất nhiều sự giúp đỡ thầy cô, bạn bè, các anh chị lớp trên và gia đình. Với lòng biết ơn sâu sắc, em xin chân thành cảm ơn thầy hướng dẫn đồ án ThS. Nguyễn Văn Hào cùng các thầy cô trong Khoa Kỹ Thuật & Công Nghệ - Trường Đại Học Quy Nhơn. Đồng thời, em cũng xin cảm ơn các anh chị lớp trên đã tận tình giúp đỡ em cùng gia đình và bạn bè đã ủng hộ cả vật chất lẫn tinh thần để em có thể hoàn thành tốt đồ án tốt nghiệp này.

doc81 trang | Chia sẻ: oanhnt | Lượt xem: 1714 | Lượt tải: 2download
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Đồ án Tổng quát về công nghệ OFDM và các ứng dụng trong thông tin vô tuyến, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
MỤC LỤC Trang BẢNG TRA CỨU CÁC TỪ VIẾT TẮT Từ viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt ADSL Asymmetric Digital Subscriber Line Đường dây thuê bao không đối xứng AM Amplitude Modulation Điều biên AMPS Advaced Mobile Phone System Hệ thống điện thoại tiên tiến APR Access Point Repeater Bộ lặp điểm truy nhập ASK Amplitude Shift Keying Khóa dịch biên AWGN Additive White Gaussian Noise Nhiễu tạp âm trắng BER Bit Error Rate Tỷ lệ bít lỗi Bps Bits per second Bit trên giây BPSK Binary Phase Shift Keying Khóa dịch pha nhị phân BS Base Station Trạm gốc BSC Base Station Controller Bộ điều khiển trạm gốc BTS Base Transmission Station Trạm phát gốc CDMA Code Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo mã CIR Channel Impulse Response Đáp ứng xung của kênh CU Đơn vị dung lượng DAB Digital Audio Broadcasting Truyền thanh số quảng bá DC Direct Current (0 Hz) Dòng điện một chiều DFT Discrete Fourier Transform Phép biến đổi Fourier IDFT Inverse Discrete Fourier Transform Phép biến đổi Fourier ngược DRM Digital Radio Mondiale Hệ thống phát thanh số đường dài DS-CDMA Direct Sequence Code Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo mã dãy trực tiếp DSP Digital Signal Processing Xử lý tín hiệu số DSSS Direct Sequence Spread Spectrum Trải phổ chuỗi trực tiếp DVB Digital Video Broadcasting Truyền hình số quảng bá DVB-C Digital Video Broadcasting – Cable Truyền hình số quảng bá cáp DVB-S Digital Video Broadcasting – Satellite Truyền hình số quảng bá vệ tinh DVB-T Digital Video Broadcasting -Terrestrial Truyền hình số quảng bá mặt đất ETSI European Telecommunications Standards Institute Viện tiêu chuẩn viễn thông Châu Âu EBNR Energy per Bit to Noise Ratio Tỷ lệ năng lượng bit trên tạp âm EDGE Enhanced Data Rate for Global Evolution Tốc độ dữ liệu cao cho sự phát triển toàn cầu FDD Frequency Division Duplexing Song công phân chia theo tần số FDM A Frequency Division Multiplexing Access Đa truy nhập phân chia theo tần số FEC Forward Error Correction Sửa lỗi tiến FFT Fast Fourier Transform Phép biến đổi Fourier nhanh FIR Finite Impulse Response (digital filter) Bộ đáp ứng xung (lọc số) FM Frequency Modulation Điều tần Fs Sample Frequency Tần số lấy mẫu FSK Frequency Shift Keying Khóa dịch tần GI Guard Interval Chuỗi bảo vệ GPRS Generic Packet Radio Services Dịch vụ vô tuyến gói chung GSM Global System for Mobile communications Hệ thống thông tin di động toàn cầu HiperLAN/2 High Performance Radio Local Area Network type 2 Mạng cục bộ máy tính không dây HDTV High Definition Television Truyền hình phân giải cao HLR Home Location Rigister Bộ ghi định vị thường trú ICI Inter-Carrier Interference Nhiễu liên kênh IDM Inter-Modulation Distortion Méo điều chế tương hỗ IF Intermediate Frequency Trung tần IFFT Inverse Fast Fourier Transform Thuật toán biến đổi nhanh ngược Fourier ISI Inter-Symbol Interference Nhiễu liên mẫu tín hiệu LOS Line Of Sight Tầm nhìn thẳng MAC Medium Access Controller Điều khiển truy nhập môi trường MIMO Multiple input multiple output Hệ thống đa anten phát/thu MS Mobile Station Thiết bị đầu cuối di động MSC Mobile Switching Centrer Trung tâm chuyển mạch di động NMT Nordic Mobile Telephone System Hệ thống điện thoại di động Bắc Âu OFDM Orthogonal Frequency Division Multiplexing Ghép kênh phân chia theo tần số trực giao COFDM Coded Orthogonal Frequency Division Multiplexing Ghép kênh phân chia theo tần số trực giao có mã số sửa sai PAPR Peak to Average Power Ratio Tỷ số công suất đỉnh trên công suất trung bình PCS Personal Communication System Hệ thống thông tin cá nhân PCM Phase Code Modulation Điều chế xung mã PM Phase Modulation Điều chế pha PRS Pseudo Random Sequence Chuỗi giả ngẫu nhiên PSK Phase Shift Keying Khóa dịch pha QAM Quadrature Amplitude Modulation Điều chế biên vuông góc QOS Quality Of Service Chất lượng phục vụ QPSK Quadrature Phase Shift Keying Khóa dịch pha vuông góc SER Symbol Error Rate Tỷ lệ lỗi mẫu tín hiệu SFN Single Frequency Network Mạng đơn tần SIR Signal to Interference Ratio Tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu SISO Single Input Single Output Hệ thống một anten phát/thu SNR Signal to Noise Ratio Tỷ lệ tín hiệu trên tạp âm SSB Single Side Band Điều chế đơn biên TDD Time Division Duplexing Song công phân chia theo thời gian TDMA Time Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo thời gian TRAU Transcoder Adapter Rate Unit Đơn vị thích ứng tốc độ mã phát UMTS Universal Mobile Telecommunications System Hệ thống thông tin di động cho tất cả moi người VLSI Very Large Scale Integration Mạch tích hợp mật độ cực lớn VLR Visitor Location Rigister Bộ ghi định vị tạm trú W-CDMA Wide-band Code Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo mã băng rộng WiMax Worldwide Interoperability for Microwave Access Khả năng tương tác toàn cầu với truy nhập vi ba WLAN Wireless Local Area Network Mạng nội hạt không dây DANH MỤC BẢNG BIỂU Trang Bảng 2.1: Giá trị độ trải trễ của một số môi trường tiêu biểu 30 Bảng 4.1: Mô tả các thông số các mode làm việc trong DVB_T 57 Bảng 4.1: Tổng vận tốc dòng dữ liệu 67 DANH MỤC HÌNH VẼ Trang Hình 1.1 Sóng mang OFDM (N=8) 3 Hình 1.2: Đáp ứng tần số của các subcarrier 7 Hình 1.3: Bộ điều chế OFDM 9 Hình 1.4: Mô tả truyền tín hiệu đa đường tới máy thu. 11 Hình 1.5: Chèn thời khoảng bảo vệ vào tín hiệu OFDM 13 Hình 1.6: Phổ của bốn sóng mang trực giao 14 Hình 1.7: Phổ của bốn sóng mang không trực giao 15 Hình 1.8: Ảnh hưởng của bộ lọc đến chỉ tiêu kỹ thuật OFDM 16 Hình 1.9 : Ảnh hưởng của méo do 2 tín hiệu tone (gồm các hài và IDM) 18 Hình 1.10: SNR hiệu dụng của tín hiệu OFDM với lỗi lệch thời gian khi dùng khoảng bảo vệ là 40 mẫu 20 Hình 1.11: Mô tả ảnh hưởng của lỗi tần số SNR hiệu dụng của OFDM khi dùng điều chế QAM kết hợp 21 Hình 2.1: Đáp ứng xung thu khi truyền một xung RF 28 Hình 2.2: Minh hoạ fading lựa chon tần số 29 Hình 2.3: Hiệu ứng Doppler 32 Hình 2.4: Phổ công suất Doppler 34 Hình 3.1: Các quá trình đồng bộ trong OFDM 39 Hình 3.2: Pilot trong gói OFDM 48 Hìmh 3.3: Một kiểu cấu trúc khung ký tự OFDM 50 Hình 3.4: Bộ đồng bộ khung ký tự dùng FSC 51 Hình 4.1: Sơ đồ khối bộ điều chế số DVB-T 58 Hình 4.2: Sơ đồ khối phần biến đổi số sang tương tự 59 Hình 4.3: Phổ của tín hiệu OFDM với số sóng mang N=16 và phổ tín hiệu RF thực tế. 59 Hình 4.4: Biểu diễn chòm sao của điều chế QPSK, 16-QAM và 64-QAM 61 Hình 4.5: Biểu diễn chòm sao của điều chế phân cấp 16-QAM với α = 4. 61 Hình 4.6: Phân bố sóng mang của DVB-T (chưa chèn khoảng bảo vệ) 62 Hình 4.7: Phân bố các pilot của DVB-T 63 Hình 4.8. Phân bố các pilot của DVB-T trên biểu đồ chòm sao 64 Hình 4.9: Phân bố sóng mang khi chèn thêm khoảng thời gian bảo vệ 65 Hình 4.10: Các tia sóng đến trong thời khoảng bảo vệ 66 LỜI NÓI ĐẦU Trong cuộc sống hàng ngày hiện nay, thông tin liên lạc đóng vai trò rất quan trọng không thể thiếu được. Chúng quyết định nhiều mặt hoạt động xã hội, giúp con người nhanh chóng nắm bắt các giá trị văn hóa, kinh tế, chính trị, khoa học kỹ thuật…rất đa dạng và phong phú. Bằng những bước phát triển thần kỳ, các thành tựu công nghệ Điện Tử - Tin Học – Viễn Thông làm thay đổi cuộc sống con người từng giờ từng phút, tạo ra một trào lưu “Điện Tử - Tin Học – Viễn Thông” trong mọi lĩnh vực ở cuối thế kỷ 20 và đầu thế kỷ 21. Các dịch vụ viễn thông phát triển hết sức nhanh chóng đã tạo ra nhu cầu to lớn cho hệ thống truyền dẫn thông tin. Các công nghệ truyền dẫn vô tuyến lần lược ra đời như FDMA, TDMA ….. nhằm đáp ứng được nhu cầu về tốc độ và chất lượng truyền. Mặc dù các yêu cầu cho các dịch vụ này rất cao song vẫn yêu cầu các giải pháp thích hợp để thực hiện cho từng thế hệ. Kỹ thuật OFDM lần đầu tiên được giới thiệu năm 1966. Tuy nhiên cho đến thời gian gần đây, kỹ thuật OFDM mới được ứng dụng trong thực tế nhờ có những tiến bộ trong lĩnh vực xử lý tín hiệu số và kỹ thuật vi sử lý. OFDM là kỹ thuật điều chế phân chia dải tần cho phép thành rất nhiều dải tần con với các sóng mang khác nhau, mỗi sóng mang này được điều chế để truyền một dòng dữ liệu tốc độ thấp. Tập hợp của các dòng dữ liệu tốc độ thấp này chính là dòng tốc độ cao cần truyền tải. Các sóng mang trong kỹ thuật điều chế đa sóng mang là họ sóng mang trực giao, điều này cho phép chồng phổ giữa các sóng mang. Do đó sử dụng dải thông một cách hiệu quả, ngoài ra họ sóng mang trực giao còn mang lại nhiều lợi ích khác mà các kỹ thuật khác không có. Phương pháp này được gọi chung là ghép kênh theo tần số trực giao OFDM. Trong nội dung đồ án tốt nghiệp em xin giới thiệu tổng quát về công nghệ OFDM và các ứng dụng trong thông tin vô tuyến. Đồ án gồm các nội dung chính sau: Chương 1: Giới thiệu về kỹ thuật OFDM Chương 2: Ảnh hưởng của kênh vô tuyến đến truyền dẫn tín hiệu. Chương 3: Các vấn đề kỹ thuật trong hệ thống OFDM Chương 4: Ứng dụng công nghệ OFDM trong truyền hình số mặt đất DVB_T Mục đích của đồ án là nêu được nguyên lý chung, cấu trúc và các ưu nhược điểm của công nghệ OFDM. Đồng thời nêu ra các ứng dụng trong thông tin vô tuyến và hướng phát triển trong tương lai. Vì thời gian có hạn và kiến thức con hạn chế nên đồ án của em không tránh khỏi những thiếu sót. Em rất mong nhận được sự góp ý của thầy cô và bạn bè. Trong quá trình làm đồ án em nhận được rất nhiều sự giúp đỡ thầy cô, bạn bè, các anh chị lớp trên và gia đình. Với lòng biết ơn sâu sắc, em xin chân thành cảm ơn thầy hướng dẫn đồ án ThS. Nguyễn Văn Hào cùng các thầy cô trong Khoa Kỹ Thuật & Công Nghệ - trường Đại Học Quy Nhơn. Đồng thời, em cũng xin cảm ơn các anh chị lớp trên đã tận tình giúp đỡ em cùng gia đình và bạn bè đã ủng hộ cả vật chất lẫn tinh thần để em có thể hoàn thành tốt đồ án tốt nghiệp này. Em xin chân thành cảm ơn ! Quy Nhơn, ngày ….tháng….năm 2010 Sinh viên Đặng Văn Nam CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ KĨ THUẬT OFDM 1.1. 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 lặp. 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. 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). 1.2. 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) 1.3. Nguyên lý cơ bản của OFDM Ghép kênh theo tần số trực giao Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) rất giống với ghép kênh theo tần số Frequency Division Multiplexing (FDM) truyền thống. OFDM sử dụng những nguyên lý của FDM để cho phép nhiều tin tức sẽ được gửi qua một kênh Radio đơn. Tuy nhiên, nó cho phép hiệu quả phổ tốt hơn. OFDM khác với FDM nhiều điểm. Trong phát thanh thông thường mỗi đài phát thanh truyền trên một tần số khác nhau, sử dụng hiệu quả FDM để duy trì sự ngăn cách giữa những đài. Tuy nhiên không có sự kết hợp đồng bộ giữa mỗi trạm với các trạm khác. Với cách truyền OFDM như là DAB hoặc DVB-T, những tín hiệu thông tin từ nhiều trạm được kết hợp trong một dòng dữ liệu ghép kênh đơn. Sau đó dữ liệu này được truyền khi sử dụng khối OFDM được tạo ra từ gói dày đặc nhiều sóng mang. Tất cả các sóng mang thứ cấp trong tín hiệu OFDM được đồng bộ thời gian và tấn số với nhau, cho phép kiểm soát tốt can nhiễu giữa những sóng mang. Các sóng mang này chồng lấp nhau trong miền tần số, nhưng không gây can nhiễu giữa các sóng mang (ICI- Inter Carrier Interference ) do bản chất trực giao của điều chế. Với FDM những tín hiệu truyền cần có khoảng bảo vệ tần số lớn giữa những kênh để ngăn ngừa can nhiễu. Điều này làm giảm hiệu quả phổ. Tuy nhiên với OFDM sự đóng gói trực giao những sóng mang làm giảm đáng kể khoảng bảo vệ cải thiện hiệu quả phổ. Tất cả các hệ thống truyền thông vô tuyến sử dụng sơ đồ điều chế để ánh xạ tín hiệu thông tin tạo thành dạng có thể truyền hiệu quả trên kênh thông tin. Một phạm vi rộng các sơ đồ điều chế đã được phát triển, phụ thuộc vào tín hiệu thông tin là dạng sóng analog hoặc digital. Một số sơ đồ điều chế tương tự chung bao gồm: Điều chế tần số (FM), điều chế biên độ (AM), điều chế pha (PM), điều chế đơn biên (SSB), Vestigial Side Band (VSB), Double Side Band Suppressed Carrier (DSBSC). Các sơ đồ điều chế sóng mang đơn chung cho thông tin số bao gồm khóa dịch biên độ (ASK), khóa dịch tần số (FSK), Khóa dịch pha (PSK) điều chế QAM. OFDM còn có tên gọi khác là “ Điều chế đa sóng mang trực giao” (OMCM) dựa trên nguyên tắc phân chia luồng dữ liệu tốc độ cao thành các luồng dữ liệu tốc độ thấp, truyền trên nhiều sóng mang trực giao nhau. Công nghệ này được trung tâm nghiên cứu CCETT (Centre Commun d’Étude en dédiffution et Télécomunication) của Pháp phát minh nghiên cứu từ đầu thập niên 1980. Phương pháp đa sóng mang dùng công nghệ OFDM sẽ trải dữ liệu cần truyền trên rất nhiều sóng mang, mỗi sóng mang được điều chế riêng biệt với tốc độ bit thấp. Trong công nghệ FDM truyền thống những sóng mang được lọc ra riêng biệt để bảo đảm rằng không có chồng phổ, bởi vậy không có hiện tượng giao thoa ký hiệu ISI giữa những sóng mang nhưng phổ lại chưa được sử dụng với hiệu quả cao nhất. Với OFDM, nếu khoảng cách sóng mang được chọn sao cho những sóng mang trực giao sao cho những sóng mang trực giao trong chu kỳ ký hiệu thì những tín hiệu có thể được khôi phục mà không giao thoa hay chồng phổ. 1.4. 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 signal) 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 lặp 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: fn(t), n=0, 1, ..., N −1, t1≤ t ≤ t2. Tập sóng mang con này sẽ trực giao khi: 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: 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. Hình 1.2: Đáp ứng tần số của các subcarrier (a) Mô tả phổ của mỗi subcarrier và mẫu tần số rời rạc được nhìn thấy của bộ thu OFDM (b) Mô tả đáp ứng tổng cộng của 5 subcarrier (đường tô đậm). 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(π 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 1.2 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 1.2a, 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 lặp 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 thước khối N (số subcarrier) phải lớn, điều này đòi hỏi một
Tài liệu liên quan