Tải bản đầy đủ - 0 (trang)
Chương 6 ứng dụng OFDM trong thông tin hữu tuyến

Chương 6 ứng dụng OFDM trong thông tin hữu tuyến

Tải bản đầy đủ - 0trang

Bài tập lớn-Bùi Đức Toàn-ĐT7-K52

Phần 3 ứng dụng của OFDM

mại rộng lớn đáp ứng nhu cầu phân phối các dịch vụ băng

rộng tới ngời sử dụng. Ngoài ra, khi vấn đề đầu t xây dựng

mạng truy nhập sử dụng cáp quang quá tốn kém thì công

nghệ này đã thu hút sự chú ý của nhiều nhà sản xuất thiết

bị viễn thông, các cơ quan quảng bá phát thanh truyền

hình, các nhà khai thác dịch vụ, các công ty điện thoại nội

hạt tạo nên sự cạnh tranh làm giảm chi phí thiết bị và giá cả

dịch vụ. Một yếu tố quan trọng góp phần thúc đẩy sự phát

triển và hoàn thiện của công nghệ này là sự ra đời các tiêu

chuẩn chung cho hoạt động của xDSL do tổ chức viễn thông

quốc tế ITU và nhiều tổ chức tiêu chuẩn, nhóm làm việc khác

đa ra.

Trong đó đờng dây thuê bao số bất đối xứng ADSL

(Asymmetric Digital Subscriber Line) là công nghệ đợc phát

triển và ứng dụng nhiều nhất vì nó tơng thích với các hệ

thống hiện tại và phù hợp với nhu cầu của ngời sử dụng. ADSL

truyền tải cả thông tin số và tơng tự trên một đôi dây

đồng. Kênh truyền dẫn ADSL có thể đợc chia thành nhiều

kênh số liệu tốc độ cao và cùng lúc phục vụ cho cả dịch vụ

thoại. Các kênh hớng xuống có thể đạt tốc độ 1,5 ữ 8 Mbit/s

và kênh hớng lên từ 16 kbit/s ữ 1,5 Mbit/s. Mỗi kênh số liệu có

thể phân chia nhỏ hơn thành nhiều kênh tốc độ thấp hơn

nếu cần (ví dụ một kênh cho truyền hình số và một kênh

để truy nhập Internet). Tốc độ truyền số liệu tối đa của các

modem ADSL thay đổi tuỳ khoảng cách từ thuê bao tới tổng

đài, các mức nhiễu, cầu nối rẽ và chất lợng đờng dây.



Bài tập lớn-Bùi Đức Toàn-ĐT7-K52

Phần 3 ứng dụng của OFDM



6.1.2 Đặc tính của kênh truyền

ADSL sử dụng đôi dây đồng truyền thống của điện

thoại tơng tự. Tín hiệu truyền đi trên đờng dây đồng chịu

tác động của môi trờng tạp âm của bản thân mạch vòng

dây đồng và các can nhiễu điện từ khác từ bên ngoài:

- Tạp âm trắng: Nhìn chung có rất nhiều nguồn tạp

âm và khi không thể xét riêng từng lo¹i ta cã thĨ coi

chóng t¹o ra mét tÝn hiƯu ngẫu nhiên duy nhất với

phân bố công suất đều ở mọi tần số. Tín hiệu này

đợc gọi là tạp âm trắng. Tạp âm nhiệt gây ra do

chuyển động của các electron trong đờng dây có

thể coi nh tạp âm trắng có phân bố Gaussian đợc gọi

là tạp âm Gausian trắng cộng AWGN (Additive White

Gaussian Noise). Tạp âm này ảnh hởng độc lập lên

từng kí hiệu đợc truyền hay nói cách khác chúng đợc

cộng với tín hiệu bản tin.

- Xuyên âm: Xuyên âm xảy ra khi tín hiệu từ các đôi

dây kế cận gây nhiễu với nhau. Thành phần xuyên

âm tiếp tục truyền theo hớng ban đầu gọi là xuyên

âm đầu xa FEXT (Far End Crosstalk). Thành phần

xuyên âm truyền ngợc lại tới đầu phát gọi là xuyên âm

đầu gần NEXT (Near End Crosstalk). NEXT có ảnh hởng lớn hơn FEXT đối với truyền dẫn hai chiều đối

xứng vì FEXT bị suy hao trong st chiỊu dµi trun

dÉn trong khi NEXT chỉ đi qua một khoảng cách nhỏ

rồi quay trở lại đầu phát. Một dạng đặc biệt của NEXT

là nhiễu trong một đôi dây kế cận có cùng dạng tín

hiệu truyền dẫn, đợc gọi là self-NEXT (tự xuyên âm).



Bài tập lớn-Bùi Đức Toàn-ĐT7-K52

Phần 3 ứng dụng của OFDM

Vì đôi dây đồng thờng nằm trong một bó cáp nhiều

đôi với chiều dài mạch vòng ngắn nên ảnh hởng của

xuyên âm đầu gần rất lớn.

Đ ôi dâ

y1

NEXT



FEXT

Đ ôi dâ

y2



Hình 6-1 Xuyên âm đầu gần và xuyên âm đầu xa

- Nhiễu tần số vô tuyến : Các đờng dây xoắn đôi cân

bằng chỉ đợc thiết kế để truyền thoại nên chỉ chống

đợc ảnh hởng của các tín hiệu tần số vô tuyến ở tần

số làm việc thấp. Còn hệ thống ADSL làm việc với tần

số cao thì sự cân bằng bị giảm nên bị các tín hiệu

tần số vô tuyến có thể xâm nhập. Mức độ nhiễu phụ

thuộc vào khoảng cách nguồn nhiễu tới mạch vòng.

Những nguồn nhiễu chính thuộc loại này là các hệ

thống vô tuyến quảng bá điều biên AM và các hệ

thống vô tuyến nghiệp d. Các trạm vô tuyến AM phát

quảng bá trong dải tần từ 560ữ 1600 KHz. Tuy nhiên do

tần số làm việc của các trạm này là cố định nên

nhiễu do chúng gây ra có thể dự đoán đợc. Ngợc lại,

nhiễu vô tuyến nghiệp d lại không đoán trớc đợc vì

tần số làm việc thay đổi và có nhiều mức công suất

phát.

- Tạp âm xung: sinh ra do giao thoa ®iƯn tõ tøc thêi. VÝ

dơ khi cã bão sét, thiết bị trong nhà bật, tắt... Tạp

âm xung cã thĨ kÐo dµi tõ vµi µs tíi vµi ms.



Bµi tập lớn-Bùi Đức Toàn-ĐT7-K52

Phần 3 ứng dụng của OFDM

Để truyền dẫn tốc độ cao trong đờng truyền có nhiễu

và tạp âm nh trên, kỹ thuật điều chế đa tần rời rạc DMT

(Discrete Multi-Tone) đã đợc chọn làm chuẩn điều chế của

ADSL. Kỹ thuật điều chế đa tần rời rạc DMT cũng là một kỹ

thuật điều chế đa sóng mang trực giao OFDM nhng với số lợng sóng mang không nhiều. Sở dĩ DMT đợc chọn vì những

lý do sau:

- Khả năng chống nhiễu tốt nên thông lợng cao hơn: Về

nguyên tắc thì DMT và CAP (Carrierless Aplitude

Phase modulation) là kỹ thuật điều chế biên độ pha

không sóng mang đợc sử dụng trớc đó trong hệ thống

ADSL, đạt đợc thông lợng nh nhau trên cùng một kênh.

Nhng thực tế thì có sự khác nhau giữa kiến trúc máy

thu và phát cũng nh các giới hạn thực thi đã ảnh hởng

tới hiệu năng của mỗi hệ thống. Trên đờng dây điện

thoại, những thành phần tần số cao bị suy hao nhiều

hơn tần số thấp và nếu mạch vòng có các nhánh rẽ

(bridge tap) thì một phần băng tần không sử dụng đợc. DMT xử lý các kênh con độc lập với trạng thái đờng

dây. DMT đo tỷ số S/N cho mỗi kênh con và dựa vào

đó để gán cho mỗi kênh con một số bit nhất định.

Những tần số thấp thờng mang số bit nhiều hơn tần

số cao do bị suy hao ít hơn. Kết quả là thông lợng đờng truyền tăng lên ngay cả khi trạng thái đờng dây

xấu.

- Khả năng đáp ứng tốc độ số liệu linh động theo trạng

thái đờng dây: Mỗi kênh con mang một số bit nhất

định phụ thuộc tỷ số S/N của kênh đó. Bằng cách



Bài tập lớn-Bùi Đức Toàn-ĐT7-K52

Phần 3 ứng dụng của OFDM

điều chỉnh số bit/kênh, DMT có thể tự động điều

chỉnh tốc độ số liệu với bớc điều chỉnh nhỏ nhất là

32 kbit/s. Trong khi đó CAP cũng có khả năng điều

chỉnh tốc ®é nhng víi bíc ®iỊu chØnh 640 kbit/s nªn

kÐm linh động hơn so với DMT.

Mức nhiễu



Số bit / kênh

Không sử dụng



RFI

Xuyên âm



f



f



Hình 6-2 Khả năng thích ứng của DMT với đờng truyền

- Công suất tiêu thụ ít hơn: Do DMT đo chất lợng đờng

truyền trong từng khoảng tần số nên có thể tránh

những khoảng tần số bị nhiễu mạnh dẫn tới giảm công

suất tiêu thụ của hệ thống.

- Tơng thích phổ: Khi nhiều khách hàng đồng thời truy

nhập vào các node mạng để sử dụng các dịch vụ tốc

độ cao của nhiều nhà cung cấp dịch vụ với các công

nghệ khác nhau thì ảnh hởng xuyên âm của các đôi

dây đồng khác nhau trong cùng một bó cáp hay giữa

các bó cáp khác nhau rất lớn. Để tránh hiện tợng này,

một tiêu chuẩn đa ra mặt nạ mật độ phổ công suất

quy định mật độ phổ công suất PSD mà hệ thống

có thể sử dụng cho tần số phát hớng lên và hớng xuống.

DMT đáp ứng đợc tiêu chuẩn này và không gây nhiễu

cho các hệ thống khác.



Bài tập lớn-Bùi Đức Toàn-ĐT7-K52

Phần 3 ứng dụng của OFDM



6.1.3 Hệ thống ADSL

Dữ liệu sau khi đợc đóng khung đợc đa vào mã hóa để

phát hiện và sửa lỗi ở phía thu. ADSL cũng sử dụng chuỗi mã

hóa gồm mã khối, mã vòng xoắn và cài xen nh đã đề cập.

Tiếp đó tín hiệu sẽ đợc kết hợp với Pilot rồi qua bộ biến đổi

dữ liệu nối tiếp thành những dòng số song song có tốc độ

thấp hơn. Các dòng số song song này sẽ đợc điều chế QAM

(QAM mapping) và thực hiện thuật toán IFFT để điều chế

DMT. Sau đó các tín hiệu đã điều chế sẽ đợc biến đổi

thành nối tiếp và chèn thêm khoảng bảo vệ CP (cyclic prefix)

để chống ISI, đồng bộ khung. Cuối cùng tín hiệu số đợc qua

bộ DAC biến đổi thành tín hiệu tơng tự để truyền đi.

Dữ liệu



Mã hóa



Thích ứng

đờng

truyền



Cài xen



Biến đổi

D/A



Chèn

Pilot



Chèn

khoảng

bảo vệ



Nối tiếp

sang

song song



Song song

sang

nối tiếp



Điều chế

QAM



IFFT



Hình 6-3 Sơ đồ khối bộ điều chế DMT

Do đáp ứng tần số của kênh truyền là thay đổi theo

thời gian và cần đợc đánh giá, để đánh giá đợc hệ số suy

hao và thời gian trễ tại mỗi thời điểm ngời ta tiến hành chèn

vào đó những kí hiệu đặc biệt tại những thời điểm và tần

số định trớc một cách định kỳ mà cả phía phát và thu đều

đã biết, kí hiệu này đợc gọi là Pilot. Phía thu căn cứ vào độ

lớn và khoảng cách giữa các Pilot thu đợc để đánh giá chất lợng của kênh truyền.

Phía thu đợc thực hiện ngợc lại so với phía phát, tín hiệu

thu đợc sẽ cho đi qua bộ biến đổi ADC rồi biến đổi thành



Bài tập lớn-Bùi Đức Toàn-ĐT7-K52

Phần 3 ứng dụng của OFDM

những dòng bit song song đa vào thực hiện thuật toán FFT

và tách lấy kí hiệu Pilot để tiến hành đánh giá kênh để

hiệu chỉnh, rồi lại biến đổi thành dòng số nối tiếp, dòng số

này đợc tiến hành giải mã để thu đợc dòng số ban đầu.

Đồng bộ

tần số và thời gian



Lọc



Dữ liệu ra



Biến đổi

A/D



Loại

khoảng

bảo vệ



Nối tiếp

sang

song song



FFT



Giải mã

và giải

cài xen



Đánh giá

kênh



Song song

sang

nối tiếp



Giải

điều chế

QAM



Hình 6-4 Sơ đồ khối bộ giải điều chế DMT

Trong ADSL tốc độ truyền hớng lên và hớng xuống là khác

nhau do đó các tham số của các bộ điều chế và giải điều

chế DMT cũng khác nhau:

Số sóng mang

Biến đổi Fourier

Khoảng bảo vệ

Tần số lấy mẫu

Băng thông



Hớng lên

32

64 điểm

4 mẫu

275 kHz

138 kHz



Hớng xuống

256

512 điểm

32 mẫu

2,208 MHz

1,104 MHz



Các thông số của bộ điều chế DMT

ADSL thực hiện song công băng phơng thức triệt tiếng

vọng nh đã trình bày ở chơng 3. Trong kỹ thuật triệt tiếng

vọng EC thì dải tần hớng lên đợc đặt trong dải tần hớng

xuống và phải dùng một bộ khử tiếng vọng để phân tách đờng thu và đờng phát. Việc thực hiện song công ở cùng một

băng tần số tại một thời điểm cho phép sử dụng băng tần



Bài tập lớn-Bùi Đức Toàn-ĐT7-K52

Phần 3 ứng dụng của OFDM

một cách có hiệu quả, nhng bù lại phơng thức này khá phức

tạp và đắt tiền.

PSD



Hớng Xuống



POTS



Hớng

lên



0



4



25



f (kHz)

138



1104



Hình 6-5 Phân bố dải tần trong ADSL



6.2 Truyền thông qua đờng dây tải điện PLC

6.2.1 Giới thiệu PLC

Truyền thông qua đờng dây tải điện PLC (Power Line

Communication) là công nghệ cho phép truyền tin tức (thoại,

số liệu...) đồng thời với dòng điện cung cấp điện năng trên

đờng dây tải điện. Công nghệ PLC cho phép mở ra một phơng tiện truyền dẫn mới có những u điểm đặc biệt so với

các phơng tiện truyền thống.

Đờng dây điện tồn tại rộng khắp bất cứ một nớc nào và

có thể cung cấp phơng tiện thông tin nhanh và tin cậy vì

bản chÊt s½n cã cđa chóng. Chóng cã thĨ cung cÊp môi trờng thông tin với tốc độ số liệu hàng Mbps và vì vậy có thể

cung cấp một giải pháp hiệu quả về mặt chi phí. Tuy nhiên,

đờng dây điện cha bao giờ thật sự đợc thiết kế cho mục

đích truyền dẫn. Khó khăn trong việc truyền dẫn trên đờng

dây điện là mức tạp âm cao, suy hao tín hiệu và méo lớn,



Bài tập lớn-Bùi Đức Toàn-ĐT7-K52

Phần 3 ứng dụng của OFDM

và tín hiệu tần số lớn không có khả năng phân phối qua trạm

biến áp. Thông tin đờng dây điện có tiềm năng lớn trong các

ứng dụng thông tin băng rộng và có thể đợc xem là lựa chọn

kinh tế so với truyền dẫn thông tin băng rộng bằng cáp sợi

quang và vệ tinh. Với kỹ thuật điều chế hiện đại nh kỹ thuật

trải phổ và kỹ thuật điều chế phân chia theo tần số trực

giao OFDM có thể khắc phục và hạn chế đợc vấn đề nhiễu,

tạp âm, đa đờng và cải thiện tỉ lệ lỗi bit là những khó

khăn chủ yếu của vấn đề truyền thông trên đờng dây

điện. Vì vậy, trong tơng lai không xa, đờng dây điện

hoàn toàn có thể trở thành một phơng tiện truyền dẫn hiệu

quả và tin cậy.



6.2.2 Đặc tính của kênh truyền

Đờng dây điện và các mạng liên quan không đợc thiết kế

cho mục đích truyền thông. Mức tạp âm, suy hao cáp ở tần

số hoạt động là rất lớn. Các tham số kênh quan trọng chẳng

hạn nh trở kháng và sự suy hao biến đổi không xác định

theo thời gian. Đó là thách thức lớn nhất của công nghệ PLC.

6.2.2.1 Tạp âm và nhiễu

Nguồn gây tạp âm phổ biến trên mạng truyền tải điện

năng gồm có sự phóng điện hoa, chớp, sét, các thiết bị

đóng ngắt mạch .v.v... Trên mạng điện hạ thế, nhiều nguồn

gây tạp âm này bị lọc ở trạm biến áp trung, hạ thế, vì vậy

nhiễu phổ biến nhất trên mạng hạ thế là các đồ dùng gia

dụng và các thiết bị văn phòng khác nhau nối đến mạng

điện. Tạp âm và nhiễu trên mạng điện có thể đợc phân

thành 2 loại:



Bài tập lớn-Bùi Đức Toàn-ĐT7-K52

Phần 3 ứng dụng của OFDM

- Nhiễu dạng sóng, gồm có: Quá áp bao gồm ổn định

(> 2s) và đột biến (<2s), sụt áp, yếu điện, biến đổi

tần số.

- Nhiễu thêm vào (superimposed disturbances): Dao

động liên tục hoặc vốn có hoặc ngẫu nhiên, nhiễu

chuyển tiếp bao gồm xung và dao động cỡng bức.

Nhiễu dạng sóng thờng ít ảnh hởng đến hệ thống PLC.

Bộ thu phát thờng đủ thông minh để khắc phục đợc nhiễu

quá áp và sụt áp. Nhiễu hài có thể là nguồn nhiễu chính, nhng chúng chỉ xảy ra ở tần số thấp hơn tần số thiết kế cho

hệ thống PLC. Sự biến đổi tần số có thể gây ra vấn đề lớn

cho hệ thống PLC, vì nhiều hệ thống đơn giản dựa vào tần

số sóng mang chính (sóng sin 50Hz) để đồng bộ giữa phía

phát và phía thu. Sự biến đổi sóng này sẽ gây ra lỗi truyền

dẫn. Các hệ thống hiện đại có thể vợt qua trở ngại này bằng

cách tránh dựa vào tần số sóng mang chính để đồng bộ.

Trên mạng hạ thế, nhiễu thêm vào do một số lớn các thiết

bị gia dụng gây ra. Có thể phân loại hơn nữa tạp âm loại B

nh sau :

- Tạp âm có các thành phần dây đồng bộ với tần số hệ

thống điện. Nguồn thông thờng của loại tạp âm này là

triac và bộ chỉnh lu có điều khiển silic, mà có thể

thấy trong các đồ gia dụng nh chiết áp đèn và máy

photocopy. Phổ của tạp âm loại này bao gồm một

chuỗi hài của tần số chính (50Hz).

- Tạp âm với phổ bằng phẳng nói chung do các mô tơ

thông dụng gây ra. Kết quả quá trình quét đảo pha

trong thiết bị dùng mô tơ chẳng hạn nh máy xay và



Bài tập lớn-Bùi Đức Toàn-ĐT7-K52

Phần 3 ứng dụng của OFDM

máy hút bụi là tạo ra loại tạp âm này có phổ bằng

phẳng trong dải tần dùng bởi hệ thống PLC. Vì vậy,

nó có thể đợc mô hình nh tạp âm trắng băng tần giới

hạn. Đặc tính của nhiều thiết bị có mô tơ thông dụng

là chúng thờng dùng trong khoảng thời gian ngắn. Vì

vậy, hệ thống PLC mà không hoạt động trong thời

gian thực có thể tránh tạp âm này bằng cách dừng

hoạt động khi các thiết bị này hoạt động. Ngợc lại, các

hệ thống thời gian thực phải có khả năng khắc phục

tạp âm loại này.

- Tạp âm xung sự kiện độc lập chủ yếu do các thiết bị

chuyển mạch, đóng ngắt công tắc, v.v... Tạp âm loại

này gây nhiễu toàn bộ dải tần trong một khoảng thời

gian ngắn, và thờng đợc mô hình nh nhiễu xung.

Kinh nghiệm với tạp âm xung trong môi trờng truyền

dẫn khác đã chỉ ra rằng tạp âm loại này có thể khắc

phục bằng mã sửa lỗi.

- Tạp âm không đồng bộ (Non synchronous noise): Đặc

điểm của tạp âm không đồng bộ là cácthành phần

có chu kỳ xảy ra ở tần số khác các hài của tần số

chính. Nguồn chủ yếu của tạp âm loại này là ti vi và

màn hình máy tính. Tín hiệu quét và đồng bộ trong

các thiết bị nh vậy có thể gây ra các thành phần tạp

âm ở tần số đã biết, ví dụ, nhiễu từ máy thu hình

hệ PAL là ở 15734 kHz và các hài liên quan. Các chuẩn

khác nhau của tần số quét của máy thu hình và màn

hình máy tính có các thành phần tạp âm bức xạ khác

nhau. Giải pháp để giảm thiểu những nhiễu nh vậy là



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Chương 6 ứng dụng OFDM trong thông tin hữu tuyến

Tải bản đầy đủ ngay(0 tr)

×