1 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHỆ Dương Thị Hằng Thiết kế mơ hệ thống OFDM có máy thu chuyển động tốc độ cao dùng ký hiệu dẫn đường LUẬN VĂN THẠC SĨ HÀ NỘI - 2006 Lời cam đoan Tôi xin cam đoan luận văn kết nghiên cứu thân dƣới hƣớng dẫn TS Trịnh Anh Vũ Nếu có sai phạm, tơi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm Ngƣời làm cam đoan Dương Thị Hằng MỞ ĐẦU DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT CÁC HÌNH SỬ DỤNG TRONG ĐỀ TÀI CHƢƠNG : ĐƢỜNG TRUYỀN VÔ TUYẾN VÀ KỸ THUẬT MƠ PHỎNG ĐƢỜNG TRUYỀN TRÊN MÁY TÍNH 1.1 Các yếu tố ảnh hƣởng truyền dẫn vô tuyến Error! Bookmark not defined 1.1.1 Đặc tính sóng vơ tuyến Error! Bookmark not defined 1.1.2 Suy hao đƣờng truyền .Error! Bookmark not defined 1.1.3 Phading Error! Bookmark not defined 1.1.3.1.Truyền đa đƣờng .Error! Bookmark not defined 1.1.3.2.Các yếu tố ảnh hƣởng đến phading đa đƣờngError! Bookmark not defined 1.1.3.3.Độ di tần Doppler .Error! Bookmark not defined 1.2 Kỹ thuật mô đƣờng truyền vô tuyến Error! Bookmark not defined 1.2.1 Kênh AWGN Error! Bookmark not defined 1.2.2 Kênh Fading Rayleigh Error! Bookmark not defined 1.2.3 Kết luận Error! Bookmark not defined CHƢƠNG 2: NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THÔNG TIN ĐIỀU CHẾ TRỰC GIAO .Error! Bookmark not defined 2.2.1.Bộ chuyển đổi nối tiếp thành song song Error! Bookmark not defined 2.2.2 Bộ điều chế M-QAM Error! Bookmark not defined 2.2.3 Bộ biến đổi IFFT Error! Bookmark not defined 2.2.4 Bộ chuyển đổi từ song song thành nối tiếpError! Bookmark not defined 2.2.5 Chèn tiền tố lặp CP: Error! Bookmark not defined 2.2.6 Bộ chuyển dổi D/A, dao động cao tần RF khuếch đại công suất HPA: Error! Bookmark not defined 2.2.7 Kỹ thuật giải điều chế OFDM Error! Bookmark not defined 2.3 Đánh giá ƣu nhƣợc điểm hệ thống OFDMError! Bookmark not defined 2.3.1 Ƣu điểm: Error! Bookmark not defined 4 2.3.1.1 Đáp ứng đƣợc nhu cầu truyền thông tốc độ cao với khả kháng nhiễu tốt kênh Fading chọn lọc tần số:Error! Bookmark not defined 2.3.1.2 Tính phân tập tần số cao Error! Bookmark not defined 2.3.1.3 Hiệu suất sử dụng phổ cao .Error! Bookmark not defined 2.3.1.4 Tính đơn giản, hiệu thực thi hệ thốngError! Bookmark not defined 2.3.2 Nhƣợc điểm Error! Bookmark not defined 2.3.2.1 Tỉ số công suất cực đại cơng suất trung bình caoError! Bookmark not 2.3.2.2 Đồng OFDM .Error! Bookmark not defined CHƢƠNG THIẾT KẾ MÔ PHỎNG HỆ OFDM TRÊN MÁY TÍNHError! Bookmark n 3.1.Các thơng số thiết kế hệ OFDM[2] Error! Bookmark not defined 3.2 Cấu trúc chƣơng trình mơ sử dụng máy tính [12 ]Error! Bookmark not d 3.3 Kết luận Error! Bookmark not defined CHƢƠNG 4: MƠ PHỎNG HỆ THỐNG OFDM CĨ MÁY THU CHUYỂN ĐỘNG TỐC ĐỘ CAO DÙNG KÝ HIỆU DẪN ĐƢỜNGError! Bookmark not defined 4.1 Giới thiệu Error! Bookmark not defined 4.2 Ký hiệu dẫn đƣờng hỗ trợ sơ đồ điều chế OFDMError! Bookmark not defined 4.3 Kết luận Error! Bookmark not defined KẾT LUẬN Error! Bookmark not defined TÀI LIỆU THAM KHẢO 11 PHỤ LỤC Error! Bookmark not defined 5 MỞ ĐẦU Cơng nghệ Viễn thơng giới đóng vai trò quan trọng phát triển kinh tế, xã hội an ninh quốc gia nhƣ toàn cầu Cùng với phát triển ngành công nghệ khác nhƣ điện tử, tin học, quang học… Công nghệ Viễn thông mang đến cho ngƣời ứng dụng tất cảc lĩnh vực nhƣ kinh tế, giáo dục, văn hoá, y học, thông tin quảng bá Các quốc gia coi Viễn thông tin học ngành mũi nhọn đƣợc đầu tƣ thích đáng để có đƣợc thành tựu, vị trí xứng đáng công nghiên cứu ứng dụng công nghệ thơng tin làm đòn bẩy để kích thích phát triển ngành kinh tế quốc dân khác Ngày với phát triển mạnh mẽ công nghệ thông tin truyền thông tạo dịch vụ tốc độ cao, nhờ đáp ứng đƣợc nhu cầu trao đổi thông tin ngày tăng ngƣời với độ xác tin cậy cao Đặc biệt nữa, môi trƣờng truyền thông vô tuyến với đặc điểm không thuận lợi nhƣ truyền thông hữu tuyến, yêu cầu thiết kế hệ thống hợp lý để cung cấp hiệu truyền thông tin cậy vấn đề phức tạp Để đạt đƣợc mục tiêu dịch vụ vô tuyến tế bào băng rộng cần thiết phải chuyển đổi sang mạng truyền thông vô tuyến hệ thứ (4G) Trong năm gần điều chế đa sóng mang đƣợc sử dụng hiệu nhiều ứng dụng nhƣ đƣờng dây thuê bao số tốc độ cao HDSL, thuê bao số tốc độ cao VDSL, đƣờng dây thuê bao số bất đối xứng ADSL, truyền hình số mặt đất BVD-T, mạng vơ tuyến cục WLAN, quảng bá truyền hình số với độ phân giải cao HDTV Đặc biệt việc áp dụng OFDM cho hệ thống Wireless LAN thu đƣợc nhiều thành tựu đáng kể, công nghệ OFDM đƣợc sử dụng làm cở sở tầng vật lý PHY tiêu chuẩn IEEE 802.11a Bắc Mỹ HiPerLAN/2 Châu Âu, đƣợc xem xét cho tiêu chuẩn IEEE 802.11g WLAN 802.16 Để truyền liệu tốc độ cao nhƣ mà đảm bảo chất lƣợng hình ảnh, âm tốt tham số hệ thống phải đƣợc lựa chọn phù hợp OFDM dựa phƣơng pháp điều chế đa sóng mang sóng mang trực giao (orthogonal) với Chính nhờ điều mà có ƣu điểm bật nhƣ: khả chống nhiễu xuyên ký tự (ISI- inter Synbol Interference), tốc độ dung lƣợng truyền thơng tin lớn, chi phí lắp đặt thấp ( nhờ phát triển chip FFT IFFT), hiệu suất phổ cao, nhiên có nhƣợc điểm khơng tránh khỏi Luận văn giới thiệu tổng quan OFDM, sử dụng Matlab làm công cụ để mô hệ thống OFDM, tìm hiểu tác dụng ký hiệu huấn luyện dặc biệt (pilot) hỗ trợ việc thiết kế mô hệ thống OFDM di động tốc độ cao Luận văn đƣợc chia làm chƣơng: Chƣơng 1: Đƣờng truyền vô tuyến kỹ thuật mô đƣờng truyền máy tính Chƣơng 2: Nguyên lý hoạt động hệ thông tin điều chế trực giao Chƣơng 3: Thiết kế mơ hệ OFDM máy tính Chƣơng 4: Mô hệ thống OFDM chuyển động tốc độ cao dùng ký hiệu dẫn đƣờng 7 DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT A/D Analog to Digital Converter AWGN Additive White Gaussian Noise BER Bit Error Rate BPSK Binary Phase Shift Keying COFDM Coded Orthogonal Frequency Division Multiplex CE Channel Estimation CI Carrier-to-interference ratio CP Cyclic Prefix DAB Digital Audio Broadcast D/A Digital to Analog Converter DFT Discrete Fourier Transform DVB Digital Video Broadcast FEC Forward Error Correction FFT Fast Fourier Transform GI Guard Interval HiperLan/2 High Performance Radio Local Area Networks Type ICI Intercarrier Interference IFDT Inverse Discrete Fourier Transform IFFT Inverse Fast Fourier Transform ISI InterSymbol Interference MT Mobile Terminal MAP Maximum A Posteriori Probability ML Maximum Likelihood LAN Local Area Network OFDM Orthogonal Frequency Division Multiplex PAR Peak to Average Power Ratio PAM Pulse Amptitude Modulation PER Packet Error Rate P/S Parallel to Serial Converter PSK Phase Shift Keying M-QAM M ary- Quadrature Amplitude Modulation QPSK Quadrature Phase Shift Keying RF Radio Frequency RFOSCI Radio Frequency Oscilator SNR Signal to Noise Ratio S/P Serial to Parallel Converter VLSI Very Large Scale Integrated WLAN Wireless Local Area Network CÁC HÌNH SỬ DỤNG TRONG ĐỀ TÀI Hình 1.1 Độ di tần Doppler Hình 2.1 Mơ hình điều chế OFDM tƣơng tự Hình 2.2 Mơ hình điều chế OFDM dùng IFFT/FFT Hình 2.3 Giản đồ chòm tín hiệu 16 QAM Hình 2.4 Kỹ thuật chèn tiền tố lặp CP Hình 2.5.Chống ISI nhờ chèn CP Hình 2.6 Mơ hình ều chế OFDM tƣơng đƣơng Hình 2.7 Đồng hệ OFDM Hình 2.8 Ảnh hƣởng khe phading lên tín hiệu QAM đơn sóng mang Hình 2.9 Ảnh hƣởng khe phading giảm tác dụng l n tín hiệu OFDM Hình 2.10 Hiệu sử dụng dải tần hệ OFDM Hình 3.1 Mơ máy tính tỷ số lỗi bít hệ thống OFDM Hình 3.2 Dạng đƣờng cong BER chuẩn Hình 3.3 Dạng đƣờng cong PER chuẩn Hình 3.4 : Dạng khung mơ hình mơ Hình 3.5: (a)Truyền liệu kênh I (b) Truyền liệu kênh Q Hình 3.6 Tín hệu vào chuyển đổi IFFT Hình 3.7: Giản đồ PER dƣới tác động mơi trƣờng Hình 3.8: Giản đồ BER Fd=150 Hình 4.1 : Dạng khung mơ hình mơ Hình 4.2 Tín hệu vào chuyển đổi IFFT Hình 4.3: Cấu trúc khung truyền qúa trình mơ truyền dẫn OFDM Hình 4.4 Dữ liệu truyền kênh I (a), Dữ liệu truyền kênh Q (b) Hình 4.5 Dữ liệu truyền kênh I (a), Dữ liệu truyền kênh Q (b) Hình 4.6 Dạng đƣờng cong BER (DATA) Hình 4.7 Dạng đƣờng cong PER Hình 4.8 Dạng đƣờng cong BER có DA Hình 4.9 Dạng đƣờng cong BER ( CE+ DATA) 10 Hình 4.10 Dạng đƣờng cong PER (CE+ DATA) 11 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] : http://www dec.ctu.vn [2] : Mạng không dây- Nguyên tắc thực hành Theodore S Rappaport Biên dịch: PGS.TS Nguyễn Viết Kính [3] : Tỷ số công suất đỉnh công suất trung bình hệ OFDM Nguyễn Thành Hiếu- Luận văn thạc sỹ - 2003 [4] : B G Evans and K Baughan, “Vision of 4G,” Electronic&Communication Engineering Journal, vol 12, no 6, pp 293 – 303, December 2000 [5] : C Muschallik, “Improving an OFDM reception using an adaptive Nyquist windowing,” IEEE Transactions on Consumer Electronics, vol 42, no 3, pp 259 – 269, August 1996 [6] : J Armstrong, “Analysis of new and existing methods of reducing intercarrier interference due to carrier frequency offset in OFDM,” IEEE Transactions on Communications, vol.47, no.3, pp.365-369, March 1999 [7] : Mihir Anandpara, Elmustafa Erwa, James Golab, Roopsa Samata, Huihui Wang: “Inter-Carrier Interference Cancellation For OFDM System” May 6,2003 Prof T S Rappaport EE 381K-11: Wireless Communications Spring 2003 [8] : P H Moose, “A Technique for Orthogonal Frequency Division Multiplexing Frequency Offset Correction,” IEEE Transactions on Communications, vol 42, no 10, October 1994 [9] : R E Ziemer, R L Peterson, Introduction to Digital Communications, 2nd edition, Prentice Hall, 2002 [10 ]: T.Yamamura, H Harada, Simulation and Softwave Radio for Mobile Communications 12 [11] : “CommsDesign – Enabling fast wireless networks with OFDM,” http://www.commsdesign.com/story/OEG20010122S0078, Accessed May 1, 2003 [12] : Y Zhao and S Häggman, “Intercarrier interference self-cancellation scheme for OFDM mobile communication systems,”IEEE Transactions on Communications, vol 49, no 7, pp 1185 – 1191, July 2001  ... not d 3.3 Kết luận Error! Bookmark not defined CHƢƠNG 4: MÔ PHỎNG HỆ THỐNG OFDM CÓ MÁY THU CHUYỂN ĐỘNG TỐC ĐỘ CAO DÙNG KÝ HIỆU DẪN ĐƢỜNGError! Bookmark not defined 4.1 Giới thiệu ... hoạt động hệ thông tin điều chế trực giao Chƣơng 3: Thiết kế mô hệ OFDM máy tính Chƣơng 4: Mơ hệ thống OFDM chuyển động tốc độ cao dùng ký hiệu dẫn đƣờng 7 DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT A/D Analog to Digital... việc thiết kế mô hệ thống OFDM di động tốc độ cao Luận văn đƣợc chia làm chƣơng: Chƣơng 1: Đƣờng truyền vô tuyến kỹ thu t mơ đƣờng truyền máy tính Chƣơng 2: Nguyên lý hoạt động hệ thông tin điều