Tải bản đầy đủ - 0 (trang)
3 Giới thiệu về OFDM

3 Giới thiệu về OFDM

Tải bản đầy đủ - 0trang

Bi tập lớn-Bùi Đức Toàn -ĐT7-K52

Phần 1 Mở đầu

Điều chế đa sóng mang tơng tự nh FDM, song thay vì

truyền các bản tin riêng rẽ, các sóng mang sẽ đợc điều chế

bởi các bit khác nhau của một bản tin tốc độ cao. Bản tin này

có thể ở dạng song song hoặc nối tiếp sau đó đợc chuyển

đổi nối tiếp - song song để truyền đi trên các sóng mang.

Có thể so sánh điều chế đa sóng mang với điều chế

đơn sóng mang sử dung cùng một kênh nh sau: §iỊu chÕ ®a

sãng mang nÕu sư dơng nhiỊu bé thu phát thì sẽ phức tạp và

giá thành cao. Mỗi sóng mang sẽ truyền một bản tin con,

tổng của các bản tin con này cho bản tin cần truyền đi có

tốc độ nhỏ hơn bản tin đợc truyền bởi một sóng mang duy

nhất cùng sử dụng kênh đó bởi vì hệ thống đa sóng mang

cần các khoảng bảo vệ để tránh nhiễu giữa các sóng mang

con. Mặt khác hệ thống đơn sóng mang dễ bị giao thoa

giữa các ký hiệu inter-symbol interference (nhiễu ISI) bởi vì

khoảng thời gian của các symbol là ngắn và méo lớn sinh ra

trên băng tần rộng, so với khoảng thời gian dài của symbol và

băng tần hẹp của hệ thống đa sóng mang. Trớc khi phát triển

kỹ thuật cân bằng, điều chế đa sóng mang đợc sử dụng

để truyền dẫn tốc độ cao mặc dù giá thành cao và hiệu

suất sử dụng băng thông thấp.

Giải pháp đầu tiên cho vấn đề hiệu suất sử dụng băng

thông của điều chế đa tần có lẽ là hệ thống Kinepiex. Hệ

thống Kinepiex đợc phát triển bởi Collins Radio để truyền dữ

liệu trên kênh vô tuyến cao tần (HF) nhằm chống lại nhiễu

nhiều đờng multi-path. Trong hệ thống này, cứ 20 tones đợc

điều chế 4-PSK vi sai vào một sóng mang. Phổ của các sóng

mang này có dạng sin(kf)/f và do đó có thể ghép chồng phổ.



Bi tập lớn-Bùi Đức Toàn -ĐT7-K52

Phần 1 Mở đầu

Giống nh OFDM hiện nay, các tones đợc để cách nhau tại

những khoảng tần số gần nh bằng với tốc độ tín hiệu và có

khả năng phân tách ra ở máy thu. Hệ thống đa sóng mang

này đợc gọi tên là Multi-tone.

Hệ thống multi-tone tiếp theo sử dụng điều chế 9-QAM

cho mỗi sóng mang và phát hiện tơng quan ở phía thu.

Khoảng các giữa các sóng mang b»ng víi tèc ®é symbol cho

hiƯu st sư dơng dải thông tối u. Hệ thống này còn sử dụng

phơng pháp mã hoá đơn giản trong miền tần số.

cosw

filter



`

data



filter



mod



`



mod



sinw

cosw



S/P



t



1



filter



mod



filter



mod



sinw



1



t

t



2



2



Add



OFDM signal



t



Hình 1-12 Hệ thống OFDM ban đầu

Đóng góp cơ bản cho sự phát triển của OFDM đó là việc

ứng dụng biến đổi Fourier (FT) vào điều chế và giải điều

chế tín hiệu. Kỹ thuật này phân chia tín hiệu ra thành từng

khối N số phức. Sử dụng biến đổi Fourier ngợc IFFT (Inverse

Fast Fourier Transform) cho mỗi khối và truyền nối tiếp. Tại

phía thu, bản tin gửi đi đợc phục hồi lại nhờ biến đổi Fourier

FFT (Fast Fourier Transform) các khối tín hiệu lấy mẫu thu đợc. Phơng pháp điều chế OFDM này đợc đề cập đến với cái

tên Điều chế đa tần rời rạc DMT (Discrete Multi-Tone). Phổ



Bi tập lớn-Bùi Đức Toàn -ĐT7-K52

Phần 1 Mở đầu

của tín hiệu DMT trên ®êng trun gièng hƯt phỉ cđa N tÝn

hiƯu ®iỊu chÕ QAM với khoảng cách của N tần số sóng mang

bằng tốc độ tín hiệu nh đã đề cập ở trên. Trong đó mỗi

sóng mang đợc điều chế QAM với một số phức. Phổ của mỗi

tín hiệu QAM có dạng sin(kf)/f nh của hệ thống OFDM ban

đầu.

Data in



Block into N complex numbers

Rate 1/T



IFFT



Channel



Filter



Rate N/T



Sample



Synch



Filter



Channel



Block



FFT



Equalize



Unblock



Data out



H×nh 1-13 HƯ thèng OFDM sư dơng FFT



Hình 1-14 Chồng phổ trong OFDM

Tuy nhiên biến đổi IDFT với N số phức sẽ cho giá trị phức

có cả phần thực và phần ảo. Mà khi truyền ta chỉ truyền

phần thực. Điều này có thể thực hiện bằng cách thêm N số

phức liên hợp vào khối N số phức ban đầu. Biến đổi IDFT cho

khối 2N số phức liên hợp sẽ cho 2N số thực để truyền đi đại

diện cho mỗi khối, chúng tơng đơng với N số phức.



Bi tập lớn-Bùi Đức Toàn -ĐT7-K52

Phần 1 Mở đầu

Ưu điểm nổi bật nhất của điều chế đa tần rời rạc là

tính hiệu quả của biến đổi Fourier nhanh FFT. Một phép

biến ®ỉi FFT cho N ®iĨm chØ cÇn Nlog 2N phÐp nhân so với

N2 phép nhân trong biến đổi Fourier thông thờng. Hiệu quả

của biến đổi FFT đặc biệt tốt khi N là luỹ thừa của 2, tuy

nhiên điều này không phải là bắt buộc. Bởi vì sử dụng biến

đổi FFT nên hệ thống DMT yêu cầu ít phép tính trên một

đơn vị thời gian hơn hệ thống điều chế đơn sóng mang tơng đơng có sử dụng bộ cân bằng.

Trong một thời gian dài, kỹ thuật OFDM và đặc biệt DMT

đã đợc nghiên cứu đa vào nhiều ứng dụng. Một vài modem

OFDM âm tần đã đợc chế tạo. Nhng chúng không thành công

trong việc thơng mại hóa sản phẩm chúng cha đợc tiêu chuẩn

hóa. DMT đã đợc chấp nhận là chuẩn cho truyền số liệu qua

đờng dây thuê bao số bất đối xứng ADSL (Asymmetric

Digital Subscriber Line). Kỹ thuật này cho phép truyền dữ

liệu tốc độ cao (hàng Mbps) từ bu điện tới thuê bao qua đôi

cáp đồng thông thờng.

Kỹ thuật OFDM đặc biệt thành công trong các ứng dụng

vô tuyến, nơi mà OFDM thể hiện đợc nhiều nhất các u điểm

của mình. Đó là tính chống lại ảnh hởng của nhiễu do phản

xạ nhiều đờng Multipath, chống lại pha ®inh lùa chän tÇn sè

SF (selective fading). Kü tht ®iỊu chế OFDM kết hợp với các

phơng pháp mã hóa và xáo trộn (interleaving) thích hợp cho

phép truyền dữ liệu tốc độ cao qua kênh vô tuyến với độ tin

cậy cao.



Bi tập lớn-Bùi Đức Toàn -ĐT7-K52

Phần 1 Mở đầu



Information

source



Outer

coding



Symbol level

Freq

Interleaver



Inner

coding



Bit level

Interleaver



Modula

tion



Cyclic ext

Pulse shaping

Zero padding



IFFT



Frequency/Time Selective fading

Channel, AWGN



Channel

Estimation



FFT



DeMod

ulation



Bit level

DeInterleaver



Soft decision

Inner Decoding



Symbol level

Freq

DeInterleaver



Outer

Decoding



Information

load



AGC/Coarse

Synchronization



H×nh 1-15 Hệ thống OFDM dùng trong các ứng dụng vô tuyến

Kỹ thuật OFDM cho phép thiết lập mạng đơn tần SFN

(Single Frequency Network) dùng trong phát thanh và truyền

hình số. Trong mạng đơn tần nhiều trạm phát khác nhau sẽ

phát cùng một tín hiệu một cách đồng bộ để phủ sóng một

vùng rộng lớn trên cùng một tần số. ở phía thu tín hiệu nhận

đợc từ nhiều trạm phát tơng đơng với nhiễu do phản xạ

nhiều đờng và không gây ¶nh hëng tíi hƯ thèng sư dơng kü

tht OFDM.

Mét øng dụng khác của OFDM là truyền dữ liệu tốc độ

cao trong mạng LAN không dây (Wireless LAN). Trong wireless

LAN trễ truyền dẫn là nhỏ nhng với tốc độ cao tới hàng chục

Mbps thì khoảng thời gian trễ là lớn so với chu kỳ symbol.

Trong trờng hợp này, kỹ thuật điều chế đa sóng mang OFDM

đợc sử dụng.



Bi tập lớn-Bùi Đức Toàn -ĐT7-K52

Phần 1 Mở đầu

Hy vọng kỹ thuật OFDM sẽ còn đợc nghiên cứu và áp dụng

trong nhiều ứng dụng khác trong thời gian tiếp theo.



Bài tập lớn- Bùi Đức Toàn-ĐT7-K52

Phần 2 Nguyên lý và kỹ thuật OFDM



Chơng 2



Nguyên lý cơ bản của



OFDM

OFDM bắt nguồn từ kỹ thuật phân kênh theo tần số

(FDM), một kỹ thuật đã đợc biết tới và sử dụng rộng rãi. FDM

cho phép nhiều bản tin đợc truyền đi trên một kênh truyền

vô tuyến. Do vậy FDM đợc xếp vào phơng thức truyền dẫn

đơn sóng mang. Một ví dụ đơn giản của FDM là việc sử

dụng tần số khác nhau cho các trạm vô tuyến biến điệu tần

số. Tất cả các trạm phát đồng thời nhng không gây nhiễu lẫn

nhau do các trạm này phát đi các sóng mang có tần số khác

nhau. Dải thông các tín hiệu này đợc đặt cách nhau một

khoảng tần số sao cho tại phía thu bộ lọc thông dải phân

biệt đợc tín hiệu cần thu, lọc bỏ tín hiệu của các sóng mang

khác. Điều này có nghĩa là giữa các sóng mang có một

khoảng tần số không đợc sử dụng ®Ĩ trun tin tøc. Sau khi

qua bé läc, tÝn hiƯu thu đợc sẽ đợc giải điều chế để nhận

đợc tin tức cần thu. Nh vậy có thể thấy không có sự chồng

phổ của các tín hiệu trong miền tần số.

Khác với FDM, trong kỹ thuật OFDM một bản tin đợc

truyền ®i trªn mét sè Nn sãng mang con (Nn cã thể điều

chỉnh đợc tuỳ theo độ lớn của bản tin), thay v× mét sãng

mang duy nhÊt nh kü thuËt FDM. Khái niệm sóng mang con

hoàn toàn giống với khái niệm sóng mang mà ta đã đề cập,

điểm khác biệt duy nhất là các sóng mang con này có dải

thông nhỏ hơn nhiều so với các sóng mang sử dụng trong

FDM. Nn sóng mang con này tạo thành một nhóm, ta tạm gọi



Bài tập lớn- Bùi Đức Toàn-ĐT7-K52

Phần 2 Nguyên lý và kỹ thuật OFDM

là tín hiệu OFDM. Dải phổ của toàn hệ thống sẽ bao gồm rất

nhiều các nhóm nh vậy, số sóng mang con trong mỗi nhóm có

thể tuỳ biến. Các sóng mang con trong một nhóm đợc đồng

bộ cả về thời gian và tần số, làm cho việc kiểm soát nhiễu

giữa chúng đợc thực hiện rất chặt chẽ. Các sóng mang con

này có phổ chồng lấn lên nhau trong miền tần số mà không

gây ra ICI do tính trực giao giữa chúng đợc bảo đảm. Việc

chồng phổ này làm tăng đáng kể hiệu quả sử dụng dải tần.

Trong kỹ thuật FDM, không có sự đồng bộ giữa các sóng

mang với nhau nên các sóng mang có thể đợc điều chế theo

cả 2 phơng thức: tơng tự và số. Trong OFDM, các sóng mang

con đợc đồng bộ với nhau nên chỉ sử dụng phơng thức điều

chế số. Một ký tự (symbol) OFDM đợc hiểu là một nhóm các

bit đợc truyền một cách song song. Trong miền tần số, các

symbol này tồn tại dới dạng các khối phổ riêng rẽ. Trong từng

khối có sự chồng phổ giữa các sóng mang và tính trực giao

trong từng khối luôn luôn đợc đảm bảo.



2.1 Trực giao trong OFDM

Tín hiệu đợc gọi là trực giao víi nhau nÕu chóng ®éc lËp

víi nhau. Trùc giao là một đặc tính cho phép nhiều tín hiệu

mang tin đợc truyền đi trên kênh truyền thông thờng mà

không có nhiễu giữa chúng. Mất tính trực giao giữa các tín

hiệu sẽ gây ra sự rối loạn giữa các tín hiệu, làm giảm chất lợng thông tin. Có rất nhiều kỹ thuật phân kênh liên quan đến

vấn đề trực giao. Kỹ thuật phân kênh theo thời gian (TDM)

truyền một lúc nhiều bản tin trên một kênh bằng cách cấp

cho mỗi bản tin mét khe thêi gian. Trong suèt thêi gian truyÒn

mét khe thêi gian, chØ cã mét b¶n tin duy nhÊt đợc truyền.



Bài tập lớn- Bùi Đức Toàn-ĐT7-K52

Phần 2 Nguyên lý và kỹ thuật OFDM

Bằng cách truyền không đồng thời các bản tin nh vậy ta đã

tránh đợc nhiễu giữa chúng. Các bản tin có thể đợc xem nh là

đã trực giao víi nhau, trùc giao vỊ mỈt thêi gian. Kü thuật

FDM đạt tới sự trực giao giữa các tín hiệu trong miền tần số

bằng cách cấp cho mỗi tín hiệu một tần số khác nhau và có

một khoảng trống tần số giữa dải thông của 2 tín hiệu.

OFDM đạt đợc sự trực giao bằng cách điều chế tín hiệu

vào một tập các sóng mang trực giao.Tần số gốc của từng

sóng mang con sẽ bằng một số nguyên lần nghịch đảo thêi

gian tån t¹i symbol. Nh vËy, trong thêi gian tån tại symbol, mỗi

sóng mang sẽ có một số nguyên lần chu kỳ khác nhau. Nh vậy

mỗi sóng mang con sẽ có một tần số khác nhau, mặc dù phổ

của chúng chồng lấn lên nhau nhng chúng vẫn không gây

nhiễu cho nhau H×nh sau sÏ cho thÊy cÊu tróc cđa mét tÝn

hiƯu OFDM víi 4 sãng mang con.



H×nh 2- CÊu tróc trong miỊn thêi gian cđa mét tÝn hiƯu

OFDM



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

3 Giới thiệu về OFDM

Tải bản đầy đủ ngay(0 tr)

×