Tải bản đầy đủ - 0 (trang)
7 Các kỹ thuật điều chế trong OFDM

7 Các kỹ thuật điều chế trong OFDM

Tải bản đầy đủ - 0trang

Trường Đại Học Sư Phạm Kĩ Thuật Hưng Yên

Khoa Điện- Điện tử



Đồ án cơ sở ngành

Đề tài: Tìm Hiểu OFDM



Trong hệ thống OFDM, tín hiệu đầu vào là ở dạng bit nhi phân. Do đó, điều chế

trong OFDM là các q trình điều chế số và có thể lựa chọn trên yêu cầu hoặc hiệu suất

sử dụng băng thông kênh. Dạng điều chế có thể qui định bởi số bit ngõ vào M và số

phức d n  an  bn ở ngõ ra. Các kí tự an , bn có thể được chọn là  �1, �3 cho 16 QAM và



 �1 cho QPSK.

M

2

4

16

64



Dạng điều chế

BPSK

QPSK

16-QAM

64-QAM



an , bn

�1

�1

�1, �3

�1, �3, �5, �7



Mơ hình điều chế được sử dụng tùy vào việc dụng hòa giữa yêu cầu tốc độ

truyền dẫn và chất lượng truyền dẫn.

1.7.1 Điều chế BPSK

Trong một hệ thống điều chế BPSK, cặp các tín hiệu s1(t), s2(t) được sử dụng

để biểu diễn các kí hiệu cơ số hai là "0" và "1" được định nghĩa như sau:



S i (t ) 



2 Eb

cos  2 f ct   (t )   

Tb



(1.10)



 (t )  (i  1) ;0 �t �Tb ; i  1, 2

Hay:

S1 (t ) 



S 2 (t ) 



2 Eb

cos  2 f c t   

Tb



2 Eb

2 Eb

cos  2 f ct        S1 (t )  

cos  2 f ct   

Tb

Tb



Trong đó:



(1.11)



Tb: Độ rộng của 1bit

Eb: Năng lượng của 1 bit

θ(t): góc pha, thay đổi theo tín hiệu điều chế



GVHD: Nguyễn Văn Vinh



Trang 20 / 48



Trường Đại Học Sư Phạm Kĩ Thuật Hưng Yên

Khoa Điện- Điện tử



Đồ án cơ sở ngành

Đề tài: Tìm Hiểu OFDM



θ: góc pha ban đầu có giá trị không đổi từ 0 đến 2π và không

ảnh hưởng đến q trình phân tích nên đặt bằng 0

i = 1: tương ứng với symbol 0

i = 2: tương ứng với symbol 1

Mỗi cặp sóng mang hình sine đối pha 1800 như trên được gọi là các tín hiệu

đối cực.

Nếu chọn một hàm năng lượng cơ sở là:



2

cos  2 f ct  ;0 �t �T

Tb



 (t ) 

Khi đó:



S1 (t )  Eb  (t )

S1 (t )   Eb  (t )



(1.12)



Ta có thể biểu diễn BPSK bằng một khơng gian tín hiệu một chiều (n =1) với

hai điểm bản tin (M = 2) như hình sau:



S1 (t ) 



Eb ; S 2 (t )   Eb



Hình 1.15: Biểu đồ khơng gian tín hiệu BPSK



Khi tín hiệu điều chế BPSK được truyền qua kênh chịu tác động của nhiễu

Gauss trắng cộng (AWGN), xác suất lỗi bit giải điều chế được xác định theo công thức



GVHD: Nguyễn Văn Vinh



Trang 21 / 48



Trường Đại Học Sư Phạm Kĩ Thuật Hưng Yên

Khoa Điện- Điện tử



Đồ án cơ sở ngành

Đề tài: Tìm Hiểu OFDM



sau:

� 2 Eb

Pe  Q �

� N

� 0



Trong đó:













(1.13)



Eb: Năng lượng bit

N0: Mật độ nhiễu trắng cộng



1.7.2 Điều chế QPSK

Đây là một trong những phương pháp thơng dụng nhất trong truyền dẫn. Cơng

thức cho sóng mang được điều chế PSK 4 mức như sau:





2 Eb

cos  2 t   (t )   

�Si (t ) 

T





 (t )  (i  1)





0 �t �T

i  1, 2



Với θ pha ban đầu ta cho bằng 0



 (t )   2i  1

Trong đó:





4



i = 1,2,3,4 tương ứng là các ký tự được phát đi là "00", "01", "11", "10"

T = 2.Tb (Tb: Thời gian của một bit, T: thời gian của một ký tự)

E: Năng lượng của tín hiệu phát triển trên một ký tự.



Khai triển s(t) ta được:

� 2E



2E







cos  2 f ct  

sin �

sin  2 f ct  ;0 �t �T

 2i  1 �

 2i  1 �

� cos �



Si (t )  � T

4�

T

4�







�0

T  t; t  0





GVHD: Nguyễn Văn Vinh



Trang 22 / 48



Trường Đại Học Sư Phạm Kĩ Thuật Hưng Yên

Khoa Điện- Điện tử



Đồ án cơ sở ngành

Đề tài: Tìm Hiểu OFDM



Chọn các hàm năng lượng trực chuẩn như sau:



2

sin  2 f ct 

T



0 �t �T



2

sin  2 f ct 

T



0 �t �T



1 (t )  



 2 (t ) 

Khi đó:











Si (t )  1 (t ) E sin �

 2 (t ) Ecos �

 2i  1 �

 2i  1 �



4�

4�







Vậy bốn bản tin ứng với các vector được xác định như sau:









 2i  1 �

� E sin �

Si1 �

4�



� �

Si  �

� �



Si 2 �

� �



Ec

os

2

i



1









4�









 i  1, 2,3, 4 



Quan hệ của cặp bit điều chế và tọa độ của các điểm tín hiệu điều chế QPSK

trong tín hiệu không gian được cho trong bảng sau:



Ta thấy một tín hiệu PSK 4 mức được đặc trưng bởi một vector tín hiệu hai

chiều và bốn bản tin như hình vẽ.



GVHD: Nguyễn Văn Vinh



Trang 23 / 48



Trường Đại Học Sư Phạm Kĩ Thuật Hưng Yên

Khoa Điện- Điện tử



Đồ án cơ sở ngành

Đề tài: Tìm Hiểu OFDM



Hình 1.16: Biểu đồ tín hiệu tín hiệu QPSK

Xem bảng ta thấy, mức logic ‘1’ thay đổi vào  E , còn mức logic ‘0’ thì biến đổi

vào



E . Vì cùng lúc phát đi một symbol nên luồng vào phải phân thành hai tương ứng



và được biến đổi mức rồi nhân với hai hàm trực giao tương ứng.

1.7.3 Điều chế QAM

Trong hệ thống PSK, các thành phần đồng pha và vuông pha được kết hợp với

nhau tạo thành một tín hiệu đường bao khơng đổi. Tuy nhiên, nếu loại bỏ tín hiệu này

và để cho các thành phần đồng pha và vng pha có thể độc lập với nhau thì ta được

một sơ đồ điều mới gọi là điều biên cầu phương điều chế biên độ sóng mang QAM

(điều chế biên độ gốc). Ở sơ đồ điều chế này, sóng mang bị điều chế cả biên độ lẫn

pha. Điều chế QAM là có ưu điểm là tăng dung lượng truyền dẫn số.



Dạng tổng quát của điều chế QAM, 14 mức (m-QAM) được xác định như sau:



S1 (t ) 



2 E0

2 E0

ai cos  2 f ct  

bi cos  2 f ct  ;

T

T



Trong đó:



0 �t �T



(1.20)



E0: Năng lượng của tín hiệu có biên độ thấp nhất



GVHD: Nguyễn Văn Vinh



Trang 24 / 48



Trường Đại Học Sư Phạm Kĩ Thuật Hưng Yên

Khoa Điện- Điện tử



Đồ án cơ sở ngành

Đề tài: Tìm Hiểu OFDM



ai, bi: Cặp số nguyên độc lập được chọn tùy theo vị trí bản tin.

Tín hiệu sóng mang gồm hai thành phần vng góc được điều chế bởi một tập

hợp bản tin tín hiệu rời rạc. Vì thế có tên là “điều chế tín hiệu vng góc”.

Có thể phân tích Si(t) thành cặp hàm cơ sở:



1 (t )  

 2 (t ) 



2

b isin  2 f ct 

T

2

aisin  2 f ct 

T



0 �t �T

0 �t �T



Hình 1.17: Chùm tín hiệu M-QAM

1.7.4 Mã Gray

Giản đồ IQ (Inphase Quadrature) cho sơ đồ điều chế sẽ chỉ ra vector truyền

cho tất cả các liên hợp từ dữ liệu. Mỗi liên hợp từ dữ liệu phải được phân phối một

vector IQ duy nhất. Mã Gray là một phương pháp cho sự phân phối này, sao cho các

điểm cạnh nhau trong vòm sao chỉ khác nhau một bit đơn. Mã này giúp giảm thiểu tỷ

lệ lỗi bit tồn bộ vì nó giảm cơ hội nhiều lỗi bit xảy ra từ một lỗi symbol đơn.



Mã Gray có thể được sử dụng cho tất cả các sơ đồ điều chế PSK (QPSK, 8-PSK,

16-PSK) và QAM(16-QAM, 64-QAM, 256-QAM...).



GVHD: Nguyễn Văn Vinh



Trang 25 / 48



Trường Đại Học Sư Phạm Kĩ Thuật Hưng Yên

Khoa Điện- Điện tử



Đồ án cơ sở ngành

Đề tài: Tìm Hiểu OFDM



Bảng Mã Gray



Hình 1.18: Giản đồ IQ của 16-PSK khi dùng mã Gray. Mỗi vị trí IQ liên tiếp chỉ thay

đổi một bit đơn.



GVHD: Nguyễn Văn Vinh



Trang 26 / 48



Trường Đại Học Sư Phạm Kĩ Thuật Hưng Yên

Khoa Điện- Điện tử



Đồ án cơ sở ngành

Đề tài: Tìm Hiểu OFDM



Hình 1.19: Giản đồ IQ cho các dạng điều chế sử dụng trong OFDM



1.8 Các đặc tính của OFDM

Qua bản chất của OFDM, ta có thể tóm tắt những ưu điểm và nhược điểm của



GVHD: Nguyễn Văn Vinh



Trang 27 / 48



Trường Đại Học Sư Phạm Kĩ Thuật Hưng Yên

Khoa Điện- Điện tử



Đồ án cơ sở ngành

Đề tài: Tìm Hiểu OFDM



OFDM như sau:

1.8.1 Ưu điểm

- OFDM tăng hiệu suất sử dụng bằng cách cho phép chồng lấp những sóng

mang con.

- 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.

- OFDM loại trừ nhiễu symbol (ISI) và xuyên nhiễu giữa các sóng mang (ICI)

bằng cách chèn thêm vào một khoảng thời gian bảo vệ trước mỗi symbol.

- Sử dụng việc chèn kênh và mã kênh thích hợp, hệ thống OFDM có thể khơi

phục lại được các symbol bị mất do hiện tượng lựa chọn tần số của các kênh.

- 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.

- Sử dụng kỹ thuật DFT để bổ sung vào các chức năng điều chế và giải điều chế

làm giảm chức năng phức tạp của OFDM.

- Các phương pháp điều chế vi sai (differental modulation) giúp tránh 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.

1.8.2 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 suất, tỷ số PARR cao là một bất lợi

nghiêm trọng của OFDM nếu dùng bộ khuếch đại cơng suất hoạt động ở miền bão

hòa đều khuếch đại tín hiệu OFDM. N ếu tín hiệu OFDM tỷ số PARR lớn hơn thì sẽ

gây nên nhiễu xuyên điều chế. Điều này cũng sẽ 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.

- OFDM nhạy với tần số offset và sự trượt của sóng mang hơn các hệ thống đơn



GVHD: Nguyễn Văn Vinh



Trang 28 / 48



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

7 Các kỹ thuật điều chế trong OFDM

Tải bản đầy đủ ngay(0 tr)

×