n sóng mang (Single Carrier) ppt

Đa sóng mang Multi-Carrier• Nếu truyền tín hiệu không phải bằng một sóng mang mà bằng nhiều sóng mang, mỗi sóng mang tải một phần dữ liệu có ích và được trải đều trên cả băng thông thì k

Đơn sóng mang (Single Carrier)

• Hệ thống đơn sóng mang là một hệ thống có dữ liệu được điều chế và truyền đi chỉ trên một sóng mạng

Đa sóng mang (Multi-Carrier)

• Nếu truyền tín hiệu không phải bằng một sóng mang mà bằng nhiều sóng mang, mỗi sóng mang tải một phần dữ liệu có ích và được trải đều trên cả băng thông thì khi chịu ảnh hưởng xấu của đáp tuyến kênh sẽ chỉ có một phần dữ liệu có ích bị mất, trên cơ sở dữ liệu mà các sóng mang khác mang tải có thể khôi phục dữ liệu có ích

Đa sóng mang (Multi-Carrier)

• Với hệ thống đa sóng mang OFDM ta có thể biểu diễn tín hiệu ở dạng sau:

1

1 =

Sự trực giao (Orthogonal)

Hệ thống OFDM

Kĩ thuật OFDM

• Nguyên lý cơ bản của OFDM là chia một luồng dữ liệu tốc độ cao thành các luồng dữ liệu tốc độ thấp hơn và phát đồng thời trên một số các sóng mang con trực giao Vì khoảng thời gian symbol tăng lên cho các sóng mang con song song tốc độ thấp hơn, cho nên lượng nhiễu gây ra do độ trải trễ đa đường được giảm xuống Nhiễu xuyên ký tự ISI được hạn chế hầu như hoàn toàn do việc đưa vào một khoảng thời gian bảo vệ trong mỗi symbol OFDM Trong khoảng thời gian bảo vệ, mỗi symbol OFDM được bảo vệ theo chu kỳ để tránh nhiễu giữa các sóng mang ICI

Kĩ thuật OFDM

• Trong OFDM, dữ liệu trên mỗi sóng mang chồng lên dữ liệu trên các sóng mang lân cận Sự chồng chập này là nguyên nhân làm tăng hiệu quả sử dụng phổ trong OFDM

Kĩ thuật OFDM

• Sắp xếp tần số trong hệ thống OFDM

Symbol OFDM với 4 subscriber

Kĩ thuật OFDM

• Phổ của sóng mong con OFDM

Mô tả toán học của OFDM

• Phương pháp điều chế OFDM sử dụng rất nhiều sóng mang, vì vậy tín hiệu được thể hiện bởi công thức:

Mô tả toán học của OFDM

• Tích của hai vector trực giao bằng 0

• Quá trình tích phân có thể được xem xét khi tìm ra diện tích dưới dạng đường cong Do đó, diện tích sóng sin có thể được viết như sau:

• Nếu ta cộng và nhân (tích phân ) của hai dạng sóng sin có tần số khác nhau, kết quả cũng bằng 0

Mô tả toán học của OFDM

• Tích phân của hai sóng sine có tần số khác nhau

Mô tả toán học của OFDM

• Tách hai sóng sine cùng tần số

Mô tả toán học của OFDM

• kết luận:

• Để khắc phục hiện tượng không bằng phẳng của đáp tuyến kênh cần dùng nhiều sóng mang, mỗi sóng mang chỉ chiếm một phần nhỏ băng thông, do vậy ảnh hưởng không lớn của đáp tuyến kênh đến dữ liệu nói chung

• Số sóng mang càng nhiều càng tốt nhưng phải có khoảng bảo vệ để tránh can nhiễu giữa các sóng mang Tuy nhiên, để tận dụng tốt nhất thì dùng các sóng mang trực giao, khi đó các sóng mang có thể trùng lặp nhau vẫn không gây can nhiễu

Các kỹ thuật điều chế trong OFDM

• 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:

E

Các kỹ thuật điều chế trong OFDM

• Hay:

• Trong đó: : Độ rộng của bit

• : Năng lượng của 1 bit

• : góc pha, thay đổi theo tín hiệu điều chế

• : góc pha, ban đầu không thay đổi có giá trị không đổi từ 0 đến

• 2 do không ảnh hưởng đến quá trình phân tích nên đặt bằng không

• i = 1 tương ứng với symbol 0

• i = 2 tương ứng với symbol 1

Các kỹ thuật điều chế trong OFDM

• Biểu đồ không 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 sau:

Các kỹ thuật điều chế trong OFDM

• Điều chế QPSK

• Đây là một trong những phương pháp thông dụng nhất trong truyền dẫn Công thức cho sóng mang được điều chế PSK 4 mức như sau:

• Với pha ban đầu ta cho bằng 0

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

• T=2 (T: thời gian của một ký tự, : thời gian của một bit)

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

Các kỹ thuật điều chế trong OFDM

• 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:

Các kỹ thuật điều chế trong OFDM

• Điều chế QAM

• 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:

• Trong đó:

• E0 : năng lượng của tín hiệu có biên độ thấp nhất.

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

• Tín hiệu sóng mang gồm hai thành phần vuông góc được điều chế bởi một tập hợp bản tin tín hiệu rời rạc Vì thế có tên là " điều chế tín hiệu vuông góc"

Các kỹ thuật điều chế trong OFDM

• Chùm tín hiệu M-QAM

Các kỹ thuật điều chế trong OFDM

• Các vấn đề kỹ thuật trong OFDM

• OFDM là giải pháp kỹ thuật rất thích hợp cho truyền dẫn vô tuyến tốc độ cao Tuy nhiên, để có thể đem áp dụng vào các hệ thống, có hai vấn đề cần phải giải quyết khi thực hiện hệ thống sử dụng OFDM:

• Ước lượng tham số kênh

Phép biến đổi DFT

• DFT là phép biến đổi Fourier rời rạc (Discrete Fourier Transform), thực hiện chuyển đổi tín hiệu x(n) trong miền thời gian sang tín hiệu trong miền tần số X(k) Phép biển đổi IDFT là quá trình ngược lại, thực hiện chuyển đổi phổ tín hiệu X(k) thành tín hiệu x(n) trong miền thời gian

• Giả sử tín hiệu x(n) có chiều dài là N (n = 0,1, 2, …, N-1) Công thức của phép biến đổi DFT là:

• Thời gian thực hiện phép nhân phức

• Thời gian thức hiện phép cộng phức

Kỹ thuật IFFT

• Sơ đồ giải điều chế OFDM sử dụng IFFT

Kỹ thuật IFFT

• Tương tự như vậy có thể khai triển phương trình trên có thể khai triển là:

• Bộ điều chế OFDM có thể thực hiện một cách dễ dàng bằng phép biến đổi IDFT Trong trường hợp NFFT là bội của 2, phép biến đổi IDFT được thay thế bằng phép biến đổi nhanh IFFT

Kỹ thuật IFFT

• Phổ của tín hiệu OFDM:

Tiền tố lặp CP (Cyclic Prefix)

Ưu, nhược điểm của OFDM

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

Ưu, nhược điểm của OFDM

• - 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

Ưu, nhược điểm của OFDM

• Nhược điểm

• Symbol OFDM bị nhiễu biên độ với một khoảng rộng 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 công suất hoạt động ở miền bão hòa đều khuếch đại tín hiệu OFDM Nếu 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

Ưu, nhược điểm của OFDM

• OFDM nhạy với tần số offset và sự trượt của sóng mang hơn các hệ thống đơn sóng mang Vấn đề đồng bộ tần số trong hệ thống OFDM phức tạp hơn hệ thống đơn sóng mang Tần số offset của sóng mang gây nhiễu cho các sóng mang con trực giao và gây nên nhiễu liên kênh làm giảm hoạt động của các bộ giải điều chế một cách trầm trọng Vì vậy, đồng bộ tần số là một trong những nhiệm vụ thiết yếu cần phải đạt trong bộ thu OFDM

MỘT SỐ ỨNG DỤNG CỦA OFDM TRONG VIỄN THÔNG

• Phát thanh số DAB (Digital Audio Broadcasting)

• Truyền hình số DVB (Digital Video Broadcasting)

• Đường dây thuê bao số bất đối xứng ADSL

• Truyền thông qua đường dây tải điện PLC