Mô phỏng quá trình điều chế OFDM (Matlab/Simulink): - 1 - Lời Mở Đầu OFDM là nằm trong một lớp các kỹ thuật điều chế đa sóng mang (MCM) trong thông tin vô tuyến. Còn trong các hệ thống thông tin hữu tuyến chẳng hạn như trong hệ thống ASDL, các kỹ thuật này thường được nhắc đến dưới cái tên: đa tần (DMT). Kỹ thuật OFDM lần đầu tiên được 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. Tuy nhiên, cho tới gần đây, kỹ thuật OFDM mới được quan tầm nhờ có những tiến bộ vượt bậc trong lĩnh vực xử lý tín hiệu và vi điện tử. Hiện nay, kỹ thuật ghép kênh phân chia theo tần số trực giao (OFDM) được dùng làm chuẩn trong các hệ thống phát thanh số ở châu Âu. Kỹ thuật này đang được đề nghị đưa vào ứng dụng ở Mỹ cũng như nghiên cứu để phát triển trong lĩnh vực truyền hình số. Bản báo cáo này sẽ giới thiệu về nguyên lý, mô hình toán học và những đặc điểm cơ bản trong kỹ thuật OFDM và cách mô phỏng phương pháp điều chế OFDM sử dụng matlab. Mô phỏng quá trình điều chế OFDM (Matlab/Simulink): - 2 - Mục lục: I. Giới thiệu về OFDM……………………… …………………… 02 1. Lịch sử phát triển…………………………………………………… 02 2. Tổng quát về OFDM…………………………………………………. 02 2.1 Từ điều chế đơn sóng mang đến điều chế trực giao OFDM……… 03 a.PP điều chế đơn sóng mang……………………………………….03 b.PP điều chế đa sóng mang……………………………………… 05 c. Phương pháp điều chế đa sóng mang trực giao OFDM………… 07 3. Một số ứng dụng của công nghệ OFDM…………………………… 16 II Mô phỏng hệ thống điều chế OFDM…………………………….17 1. Sử dụng matlab……………………………………………………….17 1.1 Code……………………………………………………………… 17 1.2 Kết quả mô phỏng………………………………………………… .20 2. Sử dụng simulink…………………………………………………… 11 2.1 Sơ đồ khối………………………………………………………… 21 2.2 Kết quả mô phỏng………………………………………………… 23 III. Kết luận…………………………………………………………… 26 IV Công việc của các thành viên……………………… ……… … 26 Mô phỏng quá trình điều chế OFDM (Matlab/Simulink): - 3 - I.Giới thiệu về OFDM: 1. Lịch sử phát triển Trong những năm gần đây, Phương thức ghép kênh phân chia theo tần số trực giao OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) không ngừng được nghiên cứu và mở rộng phạm vi ứng dụng bởi những ưu điểm của nó trong tiết kiệm băng tần và khả năng chống lại Fading chọn lọc theo tần số cũng như xuyên nhiễu băng hẹp. Kỹ thuật điều chế OFDM là một trường hợp đặc biệt của phuơng pháp điều chế đa sóng mang trong đó các sóng mang phụ trực giao với nhau, nhờ vậy phổ tín hiệu ở các sóng mang phụ cho phếp chồng lấn lên nhau mà phía thu vẫn có thể khôi phục lại tín hiệu ban đầu. Sự chồng lẫn phổ tín hiệu làm cho hệ thống OFDM có hiệu suất sử dụng phổ lớn hơn nhiều so với các kỹ thuật điều chế thông thường. Nhờ đó OFDM là chia dòng dữ liệu tốc độ cao thành các dòng dữ liệu tốc độ thấp hơn và phát đồng thời trên một số các sóng mang, ta thấy rằng trong một số điều kiện cụ thể, có thể tăng dung lượng đáng kể cho hệ thống OFDM bằng cách làm thích nghi tốc độ dữ liệu trên mỗi sóng mang tuỳ theo tỷ số tín trên tạp SNR của sóng mang đó. Kỹ thuật OFDM do R.W Chang phát minh năm 1966 ở Mỹ. Trải qua 40 năm hình thành và phát triển nhiều công trình khoa học về kỹ thuật này đã được thực hiện ở khắp nơi trên thế giới. Đặc biệt là các công trình của Weistein và Ebert, ngườI đã chứng minh răng phép điều chế OFDM có thể thực hiện bằng phép biến đổI IDFT và phép giải điều chế bằng phép biến đổI DFT. Phát minh này cùng vớI sự phát triển của kỹ thuật số làm cho kỹ thuật Mô phỏng quá trình điều chế OFDM (Matlab/Simulink): - 4 - điều chế OFDM được ứng dụng rộng rãi. Thay vì sử dụng IDFT người ta có thể sử dụng phép biến đổi nhanh IFFT cho bộ điều chế OFDM, sử dụng FFT cho bộ giảI điều chế OFDM. 2. Tổng quan về OFDM: OFDM (là viết tắt của Orthogonal Frequency Division Multiplexing) có thể được tạm dịch là Ghép Kênh Phân Chia Theo Tần Số Trực Giao. Kỹ thuật này được đưa ra vào khoảng giữa những năm 60 chứ không phải là mới mẻ. Tuy nhiên, do độ phức tạp trong tính toán của nó nên mãi đến rất gần đây nó mới được áp dụng trong các ứng dụng dân dụng. Trước đó, chủ yếu được sử dụng trong các ựng dụng quốc phòng của bộ Quốc Phòng Mỹ. Một trong những vấn đề rất phức tạp trong truyền thông tin với tốc độ cao qua một kênh có băng thông rất rộng là vấn đề chọn lọc tần số. Một kênh chọn lọc tần số là một trong đó các thành phần tần số khác nhau của tín hiệu khi được truyền qua kênh sẽ bị suy giảm và dịch pha với mức độ khác nhau (cả về biên độ và mức độ phi tuyến) cho nên tín hiệu phía thu bị méo rất nặng và dẫn đến việc khôi phục tín hiệu trở nên cực kỳ khó khăn. 2.1 Từ điều chế đơn sóng mang đến điều chế trực giao OFDM: a. Phương pháp điều chế đơn sóng mang: Mô phỏng quá trình điều chế OFDM (Matlab/Simulink): - 5 - BbbbbBb bbbbbbbdfgfgfgfgfggfgfgg Hình 1.2.1 Biểu diễn phổ tín hiệu trong miền thời gian Trong phương pháp điều chế đơn sóng mang, dòng tín hiệu được truyền đi trên toàn bộ băng tần B, có nghĩa là tần số lấy mẫu của hệ thống bằng độ rộng băng tần và mỗi tín hiệu có độ dài là T sc= 1/B PT(2.1) Trong thông tin vô tuyến băng rộng, kênh vô tuyến thường là kênh phụ thuộc tần số (frequency selective channel). Tốc đọ lấy mẫu ở thồn tin băng rộng sẽ rất lớn, do đó chu lỳ lấy mẫu Tsc sẽ rất nhỏ. Do đó phương pháp điều chế đơn sóng mang có những nhược điểm sau:  Ảnh hưởng của nhiễu liên tín hiệu ISI gây ra bởi hiệu ứng phân tập đa đường đối với tín hiệu thu là rất lớn.Điều này được giải thích do độ dài của 1 mẫu tín hiệu Tsc là rất nhỏ so với trường hợp điều chế đa sóng mang. Do vậy ảnh hưởng của trễ truyền dẫn có thể gây nhiễu liên tín hiệu ISI ở nhiều mẫu tín hiệu thu. Có 5 loại nhiễu trong thông tin vô tuyến Gaussian Noise…………………………………………………………… Interchannel Interference………………………………………………… Co-channel Interference……………………… ………………………… Inter-symbol Interference………………………………………………… Multiple Access Interference Mô phỏng quá trình điều chế OFDM (Matlab/Simulink): - 6 -  Ảnh hưởng của sự phụ thuộc kênh theo tần số là rất lớn đối với hệ thống. Do băng thông rộng kênh phụ thuộc vào tần số  Hai lý do nêu trên làm cho bộ cân bằng kênh và lọc nhiễu ở máy thu là phức tạp. Phương pháp điều chế đơn sóng mang hiện nay vẫn được sử dụng chủ yếu trong thông tin băng hẹp như hệ thống thông tin di động toàn cầu GSM. Trong thông tin băng rộng, phương pháp điều chế đa sóng mang ra đời để cải thiện các nhược điểm trên. b. Phương pháp điều chế đa sóng mang FDM: Hình 1.2.1b Mật độ phổ của tín hiệu đa sóng mang Mô phỏng quá trình điều chế OFDM (Matlab/Simulink): - 7 - Hình 1.2.1b Hệ thống đa sóng mang Phương pháp điều chế đa sóng mang được hiểu là toàn bộ băng tần của hệ thống được chia ra làm nhiều băng con vớI các sóng mang phụ cho mỗI băng tần con là khác nhau. Chi tiết của phương pháp này xem ở hình 1.2.1b Phương pháp điều chế đa sóng mang còn được biết như phương pháp phân kênh theo tần số FDM, trong đó phổ của tìn hiệu của hệ thống chia làm Nc = 2L+1 kênh song song. Vì vậy đọ dài của mẫu tín hiệu trong điều chế đơn sóng mang : Ts=1/Fs=Ts.Nc PT(2.2) Hệ quả đó là tỷ số tương đối giữa trễ truyền dẫn đối với độ dài mẫu tín hiệu trong Mô phỏng quá trình điều chế OFDM (Matlab/Simulink): - 8 - điều chế đa sóng mang cũng giảm đi Nc lần. do vậy ảnh hưởng của nhiễu liên tín hiệu gây ra bởi trễ truyền dẫn sẽ giảm ( giảm ảnh hưởng của phân tập đa đường). Từ đó chúng ta có thể nêu ra một số các ưu điểm cơ bản của điều chế đa sóng mang so vớI các phương pháp điều chế đơn sóng mang là:  Ảnh hưởng của nhiễu liên tín hiệu ISI (Inter-symbol Interference) giảm  Ảnh hưởng của sự phụ thuộc kênh vào tần số giảm do kênh được chia làm nhiều phần ( Băng thông giảm-> B<Bc dẫn đến kênh ít phụ thuộc vào tn số)  Từ 2 ưu điểm trên dẫn đến độ phức tạp của bộ cân bằng kênh và lọc nhiễu cho hệ thống cũng giảm. Tuy nhiên phương pháp này còn một số nhược điểm cơ bản sau  Hệ thống nhạy cảm với hiệu ứng phụ thuộc thời gian của kênh (time selectivity). Điều này được biết đến là do đọ dài của một mẫu tín hiệu tăng lên ( T tín hiếu tăng lên-> T>Tc -> kênh phụ thuộc thời gian). Dẫn đến sự biến đổi về thời gian của kênh vô tuyến có thể xảy ra trong một mẫu tín hiệu. Phương pháp điều chế đa sóng mang không làm tăng hiểu quả sử dụng băng tần của hệ thống so với phương pháp điều chế đơn tần, ngược lại nếu các kênh phụ được khoảng cách nhất định thì sẽ làm giảm hiệu quả sự dụng phổ. Để vừa tận dụng hết băng tần và có được các ưu điểm của điều chế đa sóng mang -> người ta sử dụng phương pháp điều chế OFDM với các sóng mang phụ trực giao nhau. c. Phương pháp điều chế đa sóng mang trực giao OFDM: Mô phỏng quá trình điều chế OFDM (Matlab/Simulink): - 9 - Công nghệ OFDM nằm trong một lớp các kỹ thuật điều chế đa sóng mang trong thông tin vô tuyến. Còn trong các hệ thống thông tin hữu tuyến chẳng hạn như trong hệ thống ADSL, các kỹ thuật này thường đượcc nhắc đến dưới cái tên: đa tần (DMT). Ý tưởng chính trong kỹ thuật OFDM là việc chia lượng dữ liệu trước khi phát đi thành N luồng dữ liệu song song có tốc độ thấp hơn và phát mỗi luồng dữ liệu đó trên một sóng mang con khác nhau. Các sóng mang này là trực giao với nhau, điều này được thực hiện bằng cách chọn độ dãn cách tần số giữa chúng một cách hợp lý . OFDM tạo ra lưới theo thời gian và tần số. Mỗi hình chữ nhật là một kênh độc lập và có thể cấp cho những người sử dụng khác nhau. Mô phỏng quá trình điều chế OFDM (Matlab/Simulink): - 10 - Các ưu điểm cơ bản của kỹ thuật OFDM: . Sử dụng dải tần rất hiệu quả do cho phép chồng phổ giữa các sóng mang con. Hạn chế được ảnh hưởng của fading và hiệu ứng nhiều đường bằng cách chia kênh fading chọn lọc tần số thành các kênh con fading phẳng tương ứng với các tần số sóng mang OFDM khác nhau. . Phương pháp này có ưu điểm quan trọng là loại bỏ được hầu hết giao thoa giữa các sóng mang (ICI) và giao thoa giữa các ký hiệu (ISI) do sử dụng CP. . Nếu sử dụng các biện pháp xen rẽ và mã hoá kênh thích hợp thì sẽ có thể khắc phục được hiện tượng suy giảm xác suất lỗi trên ký hiệu do các hiệu ứng chọn lọc tần số ở kênh gây ra. Có thể sử dụng phương pháp giải mã tối ưu với độ phức tạp giải mã ở mức cho phép. Quá trình cân bằng kênh được thực hiện đơn giản hơn so với việc sử dụng các kỹ thuật [...]... mô phỏng: - 21 - Mô phỏng quá trình điều chế OFDM (Matlab/Simulink): Tín hiệu OFDM Tín hiệu trong miền thời gian và Phổ của tín hiệu sau khi điều chế OFDM 2.1Sử dụng Simulink: - 22 - Mô phỏng quá trình điều chế OFDM (Matlab/Simulink): Khối IQ mapper: Khối điều chế OFDM: - 23 - Mô phỏng quá trình điều chế OFDM (Matlab/Simulink): 2.2 Kết quả mô phỏng bằng simulink: - 24 - Mô phỏng quá trình điều chế OFDM. ..Mô phỏng quá trình điều chế OFDM (Matlab/Simulink): cân bằng thích nghi trong các hệ thống đơn tần Trên thực tế, quá trình thực hiện điều chế và giải điều chế trong OFDM được đảm bảo nhờ sử dụng phép biến đổi FFT Nếu sử dụng kết hợp với phép điều chế vi sai thì không Phải thực hiện trong quá trình ước lượng kênh ý tưởng chính trong kỹ thuật OFDM là việc chia luồng dữ liệu... phỏng quá trình điều chế OFDM (Matlab/Simulink): Phổ của tín hiệu sau điều chế OFDM - 25 - Mô phỏng quá trình điều chế OFDM (Matlab/Simulink): Biểu đồ chòm sao của tín hiệu sau điều chế 64-QAM Gồm 64 điểm đối xứng nhau qua 2 trục I và Q - 26 - Mô phỏng quá trình điều chế OFDM (Matlab/Simulink): III Kết luận: Khả năng hoạt động trong các điều kiện bị che chắn là yếu tố quan trọng của công nghệ truy cập... ký hiệu OFDM gần như tuần hoàn, đã giúp thực hiện phép chập tuần hoàn với hàm truyền đạt của kênh Ưu điểm thứ hai của việc ứng dụng DFT là phép biến đổi này có thể được thực hiện khá đơn giản và rẻ tiền bằng cách sử dụng FFT - 15 - Mô phỏng quá trình điều chế OFDM (Matlab/Simulink): Hình 5 Sơ đồ khối các quá trình điều chế, giải điều chế OFDM sử dụng FFT Hình (5) là sơ đồ khối của một hệ thống OFDM có... thuật OFDM, nhưng cách hoạt động của các dải - 12 - Mô phỏng quá trình điều chế OFDM (Matlab/Simulink): bảo vệ này khác hẳn với kỹ thuật FDM thông thường Máy thu OFDM có thể được coi là gồm nhiều bộ giải điều chế, mỗi bộ sẽ thực hiện chuyển tín hiệu ở mỗi sóng mang xuống băng gốc và tích phân trên một chu kỳ ký hiệu nhằm khôi phục lại dữ liệu ban đầu Sơ đồ nguyên lý của quá trình giải điều chế một... Ứng dụng kết nối mạng Lan theo cấu trúc điểm - điểm hoặc điểm - đa điểm II.Mô phỏng quá trình điều chế OFDM: 1 Sử dụng matlab: 1.1 Code mô phỏng: C% Tin hieu OFDM va pho cua no ( them khoang bao ve ) % Modulation OFDM clear all; Fd=1; % symbol rate (1Hz) Fs=1*Fd; % so luong mau moi symbol - 18 - Mô phỏng quá trình điều chế OFDM (Matlab/Simulink): M=4; % So muc duoc dieu che tren moi song mang Ndata=1024;... OFDM sử dụng simulink, viết slide, viết báo cáo 2 Nguyễn Kim Luân: Tìm hiểu về OFDM, dịch một số tài liệu về OFDM, viết code matlab 3 Đặng Hoàng Giang: Tìm hiểu về OFDM, tìm tài liệu về OFDM, mô phỏng OFDM dùng simulink - 27 - Mô phỏng quá trình điều chế OFDM (Matlab/Simulink): V Tài liệu tham khảo: 1 Các bài tập matlab về thông tin vô tuyến - TS Nguyễn Văn Đức 2 OFDM for wireless communications systems... mô phỏng quá trình điều chế OFDM bằng matlab đã giúp chúng ta rất nhiều trong việc hiểu và vận dụng công nghệ OFDM Cuối cùng xin cảm ơn thầy: Vũ Văn Yêm vì đã giúp chúng em hiểu rõ công nghệ OFDM nói riêng và học tốt môn Hệ Thống Vô Tuyến nói chung IV Công việc của các thành viên: 1 Trần Thành Đức ( Nhóm trưởng ): Tìm hiểu chung về OFDM, tìm tài liệu về OFDM, tham gia viết code matlab, mô phỏng OFDM. .. TS Nguyễn Văn Đức 2 OFDM for wireless communications systems – Ramjee Prasad 3 http://vntelecom.com 4 http://5nam.ttvnol.com 5 http://mathworks.com - 28 - Mô phỏng quá trình điều chế OFDM (Matlab/Simulink): - 29 - Mô phỏng quá trình điều chế OFDM (Matlab/Simulink): - 30 - ... điểm trong các điều kiện bị che chắn! Sự kết hợp công nghệ modem OFDM và điều chế thích nghi linh hoạt chỉ có trong thị - 17 - Mô phỏng quá trình điều chế OFDM (Matlab/Simulink): trường công nghệ truy cập vô tuyến băng rộng và là các yếu tố chính tạo nên tính năng nổi trội trong sản phẩm của hãng Alvarion Các khả năng này tập trung chủ yếu trong các kết nối đa điểm trên thời gian thực Ứng dụng trong . dụng FFT. Mô phỏng quá trình điều chế OFDM (Matlab/Simulink): - 16 - Hình 5. Sơ đồ khối các quá trình điều chế, giải điều chế OFDM sử dụng FFT Hình (5) là sơ đồ khối của một hệ thống OFDM có sử. hiệu trở nên cực kỳ khó khăn. 2.1 Từ điều chế đơn sóng mang đến điều chế trực giao OFDM: a. Phương pháp điều chế đơn sóng mang: Mô phỏng quá trình điều chế OFDM (Matlab/Simulink): - 5 - BbbbbBb bbbbbbbdfgfgfgfgfggfgfgg Hình. của điều chế đa sóng mang -> người ta sử dụng phương pháp điều chế OFDM với các sóng mang phụ trực giao nhau. c. Phương pháp điều chế đa sóng mang trực giao OFDM: Mô phỏng quá trình điều chế