kỹ thuật lưu lượng trong ofdm

103 674 2
  • Loading ...
    Loading ...
    Loading ...

Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống

Tài liệu liên quan

Thông tin tài liệu

Ngày đăng: 02/02/2015, 20:33

Contents Mở đầu 1 Chơng 1 Giới thiệu về truyền dẫn số 3 1.1 Truyền dẫn ở băng tần cơ sở BaseBand 3 1.1.1 Tín hiệu số 3 1.1.2 Mã đờng dây Line Code 4 1.2 Truyền dẫn BroadBand 9 1.2.1 Amplitude Shift Keying 9 1.2.2 Frequency Shift Keying 11 1.2.3 Phase Shift Keying 13 1.2.4 Quadrature Amplitude Modulation 15 1.3 Giới thiệu về OFDM 16 Chơng 2 Nguyên lý cơ bản của OFDM 22 2.1 Trực giao trong OFDM 23 2.2 Thu phát tín hiệu OFDM 27 2.2.1 Chuyển đổi nối tiếp song song (Serial to Parallel) 28 2.2.2 Điều chế sóng mang phụ 29 2.2.3 Chuyển đổi từ miền tần số sang miền thời gian 30 2.2.4 Điều chế tần số vô tuyến (RF Modulation) 30 2.3 Khoảng bảo vệ GI (Guard Interval) 31 2.3.1 Chống lỗi do dịch thời gian 32 2.3.2 Chống nhiễu giữa các symbol (ISI) 33 2.3.3 Mào đầu và phân cách sóng mang : 35 2.4 Hạn dải và tạo cửa sổ cho tín hiệu OFDM 36 2.4.1 Lọc thông dải 37 2.4.2 Sử dụng dải bảo vệ dạng cos nâng 39 Chơng 3 Đồng bộ và Cân bằng 40 Đồ án tốt nghiệp Phần 1 Mở đầu 3.1 Đồng bộ 40 3.1.1 Dịch thời gian và tần số trong OFDM 40 3.1.2 Đồng bộ trong hệ thống OFDM 43 3.1.3 Đồng bộ thời gian và đồng bộ khung 44 3.1.4 Ước lợng dịch tần số 45 3.2 Cân bằng 46 3.2.1 Cân bằng trong miền thời gian 46 3.2.2 Cân bằng trong miền tần số 48 3.2.3 Khử tiếng vọng 51 Chơng 4 M hóa kênhã 57 4.1 Mã hóa khối trong OFDM 57 4.2 Mã hóa vòng xoắn (Convolutional Coding) 60 4.3 Mã hóa mắt lới (Trellis Coding) 64 4.4 Mã hóa Turbo trong OFDM 67 Chơng 5 ứng dụng của OFDM trong thông tin vô tuyến 69 5.1 Phát thanh số DAB 69 5.1.1 Giới thiệu 69 5.1.2 Hệ thống phát thanh số DAB theo chuẩn Châu âu 71 5.2 Truyền hình số DVB 73 5.2.1 Giới thiệu 73 5.2.2 Truyền hình số chuẩn Châu Âu DVB-T 75 5.3 Mạng LAN không dây (Wireless LAN) 79 Chơng 6 ứng dụng OFDM trong thông tin hữu tuyến83 6.1 Đờng dây thuê bao số bất đối xứng ADSL 83 6.1.1 Giới thiệu ADSL 83 6.1.2 Đặc tính của kênh truyền 84 6.1.3 Hệ thống ADSL 87 6.2 Truyền thông qua đờng dây tải điện PLC 89 2 Đồ án tốt nghiệp Phần 1 Mở đầu 6.2.1 Giới thiệu PLC 89 6.2.2 Đặc tính của kênh truyền 90 6.2.3 Hệ thống PLC 93 Kết luận 95 Một số thuật ngữ dùng trong đồ án 97 Tài liệu tham khảo 100 3 Đồ án tốt nghiệp Phần 1 Mở đầu Mở đầu Trong những năm gần đây, các dịch vụ viễn thông phát triển hết sức nhanh chóng đã tạo ra nhu cầu to lớn cho các hệ thống truyền dẫn thông tin. Mặc dù các yêu cầu kỹ thuật cho các dịch vụ này là rất cao song cần có các giải pháp thích hợp để thực hiện. Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) là một phơng pháp điều chế cho phép truyền dữ liệu tốc độ cao trong các kênh truyền chất lợng thấp. OFDM đã đợc sử dụng trong phát thanh truyền hình số, đờng dây thuê bao số không đối xứng, mạng cục bộ không dây. Với các u điểm của mình, OFDM đang tiếp tục đợc nghiên cứu và ứng dụng trong các lĩnh vực khác nh truyền thông qua đờng dây tải điện, thông tin di động, Wireless ATM OFDM là nằm trong lớp các kỹ thuật điều chế đa sóng mang. Kỹ thuật này phân chia dải tần cho phép thành rất nhiều dải tần con với các sóng mang khác nhau, mỗi sóng mang này đợc 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 dữ liệu 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 ghép chồng phổ giữa các sóng mang do đó sử dụng dải thông một cách có hiệu quả. Ngoài ra sử dụng họ sóng mang trực giao còn mang lại nhiều lợi thế kỹ thuật khác, do đó các hệ thống điều chế đa sóng mang đều sử dụng họ sóng mang trực giao và đợc gọi chung là ghép kênh theo tần số trực giao OFDM. Kỹ thuật OFDM lần đầu tiên đợc giới thiệu trong bài báo của R.W.Chang năm 1966 về vấn đề tổng hợp các tín hiệu có dải tần hạn chế khi thực hiện truyền tín hiệu qua nhiều kênh con. Năm 1971 Weistein và Ebert sử dụng biến đổi FFT và đa ra Guard Interval cho kỹ thuật này. Tuy nhiên, cho tới gần đây, kỹ thuật OFDM mới đợc ứng dụng trong thực tế nhờ có những tiến bộ vợt bậc trong lĩnh vực xử lý tín hiệu số và kỹ thuật vi xử lý. 1 Đồ án tốt nghiệp Phần 1 Mở đầu ở Việt Nam hiện nay đang triển khai một số ứng dụng sử dụng kỹ thuật điều chế đa sóng mang OFDM nh truyền hình số DVB-T, đờng dây thuê bao không đối xứng ADSL và truyền thông qua đờng dây tải điện PLC. Song song với việc triển khai các ứng dụng trên, cần có những nghiên cứu về kỹ thuật điều chế OFDM. Nội dung của đồ án đề cập tới các vấn đề: - Tổng quan về các kỹ thuật điều chế trong truyền dẫn tín hiệu số. - Nguyên lý cơ bản của điều chế đa sóng mang OFDM. - Các kỹ thuật của OFDM nh đồng bộ, cân bằng, khử tiếng vọng và mã hóa. - Các ứng dụng của OFDM trong thông tin vô tuyến và hữu tuyến. Điều chế đa sóng mang là một kỹ thuật tơng đối mới mẻ và phức tạp. Với thời gian và kiến thức còn hạn hẹp nên chắc chắn đồ án này còn nhiều thiếu sót, vì vậy em mong muốn nhận đợc sự đóng góp của các thầy cô và bạn bè đồng nghiệp. Nhân đây em xin chân thành cảm ơn thầy Kiều Tất Thành đã tận tình giúp đỡ chỉ bảo trong suốt quá trình thực hiện đồ án này. 2 Đồ án tốt nghiệp Phần 1 Mở đầu Chơng 1 Giới thiệu về truyền dẫn số Sự ra đời của kỹ thuật số cùng với sự phát triển vợt bậc của công nghệ vi điện tử đã tạo nên những thay đổi kỳ diệu trên mọi mặt của đời sống xã hội. Đây thực sự là một cuộc cách mạng xã hội tiếp theo cuộc cách mạng công nghiệp giải phóng sức lao động của con ngời. Sở dĩ kỹ thuật số làm đợc điều đó là do tín hiệu số cho phép xử lý và lu trữ một cách mạnh mẽ và linh hoạt. ở đây xin đề cập đến một khía cạnh rất quan trọng và góp phần tạo nên thành công của kỹ thuật số đó là truyền dẫn số. 1.1 Truyền dẫn ở băng tần cơ sở BaseBand Trong truyền dẫn BaseBand tín hiệu đợc truyền dẫn ở dạng xung có phổ vô hạn và chiếm toàn bộ dải thông của đờng truyền. 1.1.1 Tín hiệu số Tín hiệu số là tập hợp của các bit {0,1} và đợc biểu diễn dới dạng 0v và 5v với mức TTL. Tuy nhiên dạng tín hiệu này chỉ tồn tại trên các Bus của các bo mạch đơn lẻ hay Bus nội trong các IC mà không thể truyền dẫn đi xa. Để truyền dẫn tín hiệu số trên băng tần cơ sở BaseBand cần mã đờng truyền Line Code với mục đích: Đa vào độ d bằng cách mã hóa các từ số liệu nhị phân thành các từ dài hơn. Các từ nhị phân dài hơn này sẽ có nhiều tổ hợp hơn do tăng số bit. Chúng ta có thể chọn những tổ hợp xác định có cấu trúc theo một quy luật từ mã hợp thành , cho phép tách thông tin định thời một cách dễ dàng hơn và giảm độ chênh lệch giữa các bit 0 và các bit 1 trong một từ mã. Việc giảm độ chênh lệch này dẫn đến giảm thành phần một chiều. Điều này là cần thiết vì không thể truyền thành phần một chiều của tín hiệu số đi đợc. ?Tuy nhiên việc tăng độ dài của từ mã nhị phân sẽ làm tăng tốc độ bít và do đó tăng độ rộng băng tần. 3 Đồ án tốt nghiệp Phần 1 Mở đầu Mã hóa tín hiệu nhị phân thành tín hiệu nhiều mức để giảm độ rộng băng tần. Loại mã hóa này quan trọng khi cần truyền số liệu tốc độ cao trên đờng truyền có băng tần hạn chế. Việc giảm độ rộng băng tần cần thiết của kênh hoặc tăng tốc độ bit với một độ rộng băng tần đã cho sẽ cần phải tăng tỉ số tín hiệu trên tạp âm S/N để đạt đợc xác suất lỗi bít Ber cho trớc. Bảo mật tin tức cho thông tin trên đờng truyền. Không liên quan đến chất lợng truyền dẫn, nhng tính bảo mật thông tin là một đặc tính rất quan trọng của mã đờng truyền. Tạo phổ tín hiệu nhằm ứng dụng cho những mục đích nh tách xung đồng hồ, giảm thành phần biên độ ở tần số 0Hz đến không, hoặc giảm các thành phần tần số cao và thấp trớc khi lọc. 1.1.2 Mã đờng dây Line Code Các số nhị phân 0 và 1 truyền dẫn trên đờng truyền dới dạng tín hiệu xung nối tiếp đợc gọi là mã đờng dây. Các loại mã đờng dây có các đặc điểm sau: - Chuyển mức về không ở giữa bit + Không chuyển mức NRZ (Non Return to Zero) + Có chuyển mức RZ (Return to Zero) - Cực tính + Đơn cực UniPolar + Phân cực BiPolar 4 Đồ án tốt nghiệp Phần 1 Mở đầu 1 1 0 1 0 0 1 t t t t +V +V +V +V -V -V Binary Unipolar NRZ Unipolar RZ Bipolar NRZ Bipolar RZ P w (f) 1 0.5 0.25 0.5 f R 2R R 2R R 2R R 2R P w (f) f First Null Bandwidth 0.5 t +V -V Manchester 0.5 R 2R Hình 1- Các mã đờng dây cơ bản Do đó ta có các loại tín hiệu trên đờng truyền với dạng tín hiệu và phổ của chúng nh trên. Nhận xét: - Để truyền đi xa cần công suất lớn. - Để tách đ ợc tín hiệu Clk cần mật độ phổ khác 0 tại tần số f = R . - Dải thông của kênh truyền tối thiểu bằng tần số đầu tiên mà tại đó mật độ phổ bằng 0 (First Null Bandwidth). Dựa vào các đặc điểm trên ngời ta tạo ra các loại mã đờng truyền thích hợp với tốc độ dữ liệu và môi trờng truyền dẫn (cáp đối xứng, cáp đồng trục hay cáp quang). 5 Đồ án tốt nghiệp Phần 1 Mở đầu Dới đây là các loại mã đờng dây sử dụng trong hệ thống phân cấp số của ITU: Tốc độ (Mbps) Mã đờng dây 2.048 8.448 34.368 139.264 564.992 HDB3 HDB3 HDB3 CMI CMI 1.544 6.312 32.064 44.736 AMI, B8ZS B6ZS, B8ZS AMI (Scrambled) B3ZS 1.1.2.1 Mã AMI (Alternate Mark Inversion) Mã AMI sử dụng mã 3 mức còn gọi là mã tam phân, trong đó mức giữa của tín hiệu đợc ứng dụng rộng rãi là điện áp 0. Mã có các mức điện áp ra là +V (ký hiệu là +), -V (ký hiệu là -) và mức điện áp 0 tơng ứng với mức đất của hệ thống. Ngời ta gọi mã tam phân này là mã đảo dấu luân phiên AMI. Đây là một mã lỡng cực, không trở về 0 hoặc có trở về 0 (NRZ hoặc RZ). Dãy mã thu đợc bằng cách: bit 0 tơng ứng với mức điện áp 0 còn bit 1 tơng ứng với mức + và - một cách luân phiên bất chấp số bít 0 giữa chúng. 6 Đồ án tốt nghiệp Phần 1 Mở đầu 1 1 0 1 0 0 1 t t +V +V Binary AMI Non Return Zero AMI Return Zero -V -V Hình 1-2 Dạng tín hiệu AMI Mã AMI có đặc điểm mật độ phổ rất nhỏ ở tần số thấp, mật độ phổ cực đại ở 1/2 tốc độ bit. Trong mã AMI các xung dơng luân phiên nhau, do đó nếu có lỗi sinh ra trong hệ thống truyền dẫn do tạp âm xung hoặc xuyên âm sẽ gây ra bỏ sót một xung hoặc thêm một xung vào, cả hai trờng hợp đó sẽ xuất hiện hai xung kề nhau cùng cực tính vi phạm luật lỡng cực và hệ thống có thể dễ dàng phát hiện ra lỗi đó. Tuy nhiên với mã AMI, một dãy bit 0 liên tiếp có thể gây mất đồng bộ. Để khắc phục ngời ta phải ngẫu nhiên hóa (Scramble) trớc khi truyền. Ngẫu nhiên hóa chuỗi bit đợc thực hiện bằng cách cộng modul-2 với một chuỗi giả ngẫu nhiên PRBS (Pseudo random bit sequence). Phía thu sẽ thực hiện giải ngẫu nhiên hóa (De-scramble) cũng bằng cách cộng modul-2 chuỗi bit thu đợc với chuỗi PRBS một cách đồng bộ. 1.1.2.2 Mã CMI (Coded Mark Inversion) Mã CMI cũng tơng tự nh mã AMI Non return zero. Nhng để tránh mất đồng bộ đo một dãy các bít 0 liên tiếp gây ra, mã CMI mã hóa bit 0 thành 2 mức điện áp - và + tơng ứng với mỗi nửa chu kỳ bit T b . 7 [...]... dụng kỹ thuật OFDM Một ứng 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 Hy vọng kỹ thuật OFDM sẽ còn đợc nghiên cứu và áp dụng trong nhiều ứng dụng khác trong. .. có thể áp dụng kỹ thuật tơng tự hoặc kỹ thuật chuyển đổi số Cả 2 kỹ thuật đều có các thao tác giống nhau, tuy nhiên điều chế số có xu hớng chính xác hơn do độ chính xác trong việc phối ghép 2 kênh I&Q, mặt khác kỹ thuật điều chế số cho giá trị pha chính xác hơn 30 Đồ án tốt nghiệp Phần 2 Nguyên lý và kỹ thuật OFDM Hình 2-6 Điều chế tần số vô tuyến tín hiệu OFDM băng cơ sở sử dụng kỹ thuật tơng tự Hình... Phần 2 Nguyên lý và kỹ thuật OFDM Hình 2-3 Phổ của 1 tín hiệu OFDM có 5 sóng mang con Trong đó (a) là phổ của từng sóng mang con và điểm lấy mẫu tại máy thu, (b) là đáp ứng tổng hợp của 5 sóng mang con 2.2 Thu phát tín hiệu OFDM Hình 2-4 Sơ đồ khối thu phát OFDM Đặc thù của tín hiệu OFDM là nó hoàn toàn đợc tạo ra trong miền số, do rất khó để chế tạo các máy thu phát khóa pha dải rộng trong miền tơng tự... 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 22 Đồ án tốt nghiệp Phần 2 Nguyên lý và kỹ thuật OFDM 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,... vọng kỹ thuật OFDM sẽ còn đợc nghiên cứu và áp dụng trong nhiều ứng dụng khác trong thời gian tiếp theo 21 Đồ án tốt nghiệp Chơng 2 Phần 2 Nguyên lý và kỹ thuật OFDM 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... trúc của một tín hiệu OFDM với 4 sóng mang con 23 Đồ án tốt nghiệp Phần 2 Nguyên lý và kỹ thuật OFDM Hình 2- Cấu trúc trong miền thời gian của một tín hiệu OFDM Trong đó, hình (1a), (2a), (3a) và (4a) là các sóng mang con thành phần, với số chu kỳ tơng ứng là 1, 2, 3, và 4 Pha ban đầu các sóng mang con này đều bằng 0 Hình (1b), (2b), (3b), (4b) tơng ứng là FFT của các sóng mang con trong miền thời gian... hiệu trong miền tần số Khác với FDM, trong kỹ thuật OFDM một bản tin đợc truyền đi trên một số Nn sóng mang con (Nn có thể điều chỉnh đợc tuỳ theo độ lớn của bản tin), thay vì một sóng mang duy nhất nh kỹ thuật 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. .. 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. .. Inner Decoding Symbol level Freq DeInterleaver Outer Decoding Information load AGC/Coarse Synchronization Hình 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 20 Đồ án tốt nghiệp Phần... con Do vậy tốc độ bit của một tín hiệu 31 Đồ án tốt nghiệp Phần 2 Nguyên lý và kỹ thuật OFDM OFDM sẽ nhỏ hơn N lần tốc độ bit trên một sóng mang trong hệ thống đơn sóng mang Tốc độ symbol trên sóng mang con thấp tạo cho OFDM có khả năng chịu ISI rất tốt Tuy nhiên, còn có thể cải thiện hơn nữa khả năng chịu ISI của hệ thống OFDM bằng cách chèn thêm các dải bảo vệ vào trớc mỗi symbol Dải bảo vệ của mỗi . Guard Interval cho kỹ thuật này. Tuy nhiên, cho tới gần đây, kỹ thuật OFDM mới đợc ứng dụng trong thực tế nhờ có những tiến bộ vợt bậc trong lĩnh vực xử lý tín hiệu số và kỹ thuật vi xử lý. 1 Đồ. cứu và ứng dụng trong các lĩnh vực khác nh truyền thông qua đờng dây tải điện, thông tin di động, Wireless ATM OFDM là nằm trong lớp các kỹ thuật điều chế đa sóng mang. Kỹ thuật này phân chia. cứu về kỹ thuật điều chế OFDM. Nội dung của đồ án đề cập tới các vấn đề: - Tổng quan về các kỹ thuật điều chế trong truyền dẫn tín hiệu số. - Nguyên lý cơ bản của điều chế đa sóng mang OFDM. -
- Xem thêm -

Xem thêm: kỹ thuật lưu lượng trong ofdm, kỹ thuật lưu lượng trong ofdm, kỹ thuật lưu lượng trong ofdm, Chương 1 Giới thiệu về truyền dẫn số, 1 Truyền dẫn ở băng tần cơ sở BaseBand, 3 Giới thiệu về OFDM, Chương 2 Nguyên lý cơ bản của OFDM, 1 Trực giao trong OFDM, 2 Thu phát tín hiệu OFDM, 3 Khoảng bảo vệ GI (Guard Interval), 4 Hạn dải và tạo cửa sổ cho tín hiệu OFDM, Chương 3 Đồng bộ và Cân bằng, 1 Mã hóa khối trong OFDM, 2 Mã hóa vòng xoắn (Convolutional Coding), 3 Mã hóa mắt lưới (Trellis Coding), Chương 5 ứng dụng của OFDM trong thông tin vô tuyến, 1 Phát thanh số DAB, 2 Truyền hình số DVB, 3 Mạng LAN không dây (Wireless LAN), Chương 6 ứng dụng OFDM trong thông tin hữu tuyến, 1 Đường dây thuê bao số bất đối xứng ADSL, 2 Truyền thông qua đường dây tải điện PLC, Một số thuật ngữ dùng trong đồ án

Mục lục

Xem thêm