đồ án kỹ thuật điều chế đa sóng mang
Trang 1Trường Đại Học Bỏch Khoa Hà Nội
Khoa Điện Tử Viễn Thông
====o0o====
KỸ THUẬT ĐIỀU CHẾ ĐA SÓNG MANG
Nguyên lý & ứng dụng của OFDM
Giảng viên hướng dẫn : Nguyễn Thu Nga
Sinh viên thực hiện : Bùi Đức Toàn
SHSV : 20063245 Lớp : ĐT7-K52
Hà Nội 5-2010
Trang 2Mục lục
MỞ ĐẦU MỤC LỤC CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU VỀ TRUYỀN DẪN SỐ
1.1 Truyền dẫn ở băng tần cơ sở BaseBand 7
1.1.1 Tín hiệu số 7
1.1.2 Mã đường dây Line Code 8
1.2 Truyền dẫn BroadBand 13
1.2.1 Amplitude Shift Keying 14
1.2.2 Frequency Shift Keying 16
1.2.3 Phase Shift Keying 18
1.2.4 Quadrature Amplitude Modulation 20
1.3 Giới thiệu về OFDM 21
CHƯƠNG 2 NGUYÊN LÝ CƠ BẢN CỦA OFDM 2.1 Trực giao trong OFDM 28
2.2 Thu phát tín hiệu OFDM 32
2.2.1 Chuyển đổi nối tiếp song song 33
2.2.2 Điều chế sóng mang phụ 34
2.2.3 Chuyển đổi từ miền tần số sang miền thời gian 35
2.2.4 Điều chế tần số vô tuyến 35
2.3 Khoảng bảo vệ GI (Guard Interval) 36
2.3.1 Chống lỗi do dịch thời gian 37
2.3.2 Chống nhiễu giữa các symbol 38
2.3.3 Mào đầu và phân cách sóng mang : 41
2.4 Hạn dải và tạo cửa sổ cho tín hiệu OFDM 41
2.4.1 Lọc thông dải 42
Trang 32.4.2 Sử dụng dải bảo vệ dạng cos nâng 44
CHƯƠNG 4 ĐỒNG BỘ VÀ CÂN BẰNG 4.1 Đồng bộ 46
4.1.1 Dịch thời gian và tần số trong OFDM 46
4.1.2 Đồng bộ trong hệ thống OFDM 49
4.1.3 Đồng bộ thời gian và đồng bộ khung 50
4.1.4 Ước lượng dịch tần số 51
4.2 Cân bằng 52
4.2.1 Cân bằng trong miền thời gian 53
4.2.2 Cân bằng trong miền tần số 55
4.2.3 Khử tiếng vọng 58
CHƯƠNG 5 MÃ HÓA KÊNH 5.1 Mã hóa khối trong OFDM 64
5.2 Mã hóa vòng xoắn 68
5.3 Mã hóa mắt lưới 71
5.4 Mã hóa Turbo trong OFDM 74
CHƯƠNG 6 ỨNG DỤNG OFDM TRONG THÔNG TIN VÔ TUYẾN 6.1 Phát thanh số DAB 77
6.1.1 Giới thiệu 77
6.1.2 Hệ thống phát thanh số DAB theo chuẩn Châu âu 79
6.2 Truyền hình số DVB 81
6.2.1 Giới thiệu 81
6.2.2 Truyền hình số chuẩn Châu Âu DVB-T 83
6.3 Mạng LAN không dây 87
CHƯƠNG 7 ỨNG DỤNG OFDM TRONG THÔNG TIN HỮU TUYẾN 7.1 Đường dây thuê bao số bất đối xứng ADSL 92
7.1.1 Giới thiệu ADSL 92
7.1.2 Đặc tính của kênh truyền 93
Trang 47.1.3 Hệ thống ADSL 96
7.2 Truyền thông qua đường dây tải điện PLC 99
7.2.1 Giới thiệu PLC 99
7.2.2 Đặc tính của kênh truyền 100
7.2.3 Hệ thống PLC 103
KẾT LUẬN MỘT SỐ THUẬT NGỮ DÙNG TRONG BÀI TẬP LỚN
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Trang 5Mở 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 phương pháp điều chế cho phép truyền dữ liệu tốc độ cao trong các kênh truyền chất lượng thấp OFDM đã được sử dụng trong phát thanh truyền hình số, đường dây thuê bao số không đối xứng, mạng cục bộ không dây Với các ưu điểm của mình, OFDM đang tiếp tục được nghiên cứu và ứng dụng trong các lĩnh vực khác như truyền thông qua đường 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 được 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 được gọi chung là ghép kênh theo tần số trực giao OFDM
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 Năm 1971 Weistein và Ebert sử dụng biến đổi FFT và đưa ra Guard Interval cho kỹ thuật này Tuy nhiên, cho tới gần đây, kỹ thuật OFDM mới được ứng dụng trong thực tế nhờ có những tiến bộ vượt bậc trong lĩnh vực xử lý tín hiệu số và kỹ thuật vi xử lý
Trang 6Ở Việt Nam hiện nay đang triển khai một số ứng dụng sử dụng kỹ thuật điều chế đa sóng mang OFDM như truyền hình số DVB-T, đường dây thuê bao không đối xứng ADSL và truyền thông qua đường 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 như 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 tương đối mới mẻ và phức tạp Nhân đây em xin chân thành cảm ơn Cô Nguyễn Thu Nga đã giúp đỡ em làm bài tập lớn này
Trang 7Chương 1 Giới thiệu về truyền dẫn số
Sự ra đời của kỹ thuật số cựng với sự phỏt triển vượt bậc của cụng nghệ
vi điện tử đó tạo nờn những thay đổi kỳ diệu trờn mọi mặt của đời sống xó hội Đõy thực sự là một cuộc cỏch mạng xó hội tiếp theo cuộc cỏch mạng cụng nghiệp giải phúng sức lao động của con người Sở dĩ kỹ thuật số làm được điều đú là do tớn hiệu số cho phộp xử lý và lưu trữ một cỏch mạnh mẽ và linh hoạt ở đõy xin đề cập đến một khớa cạnh rất quan trọng và gúp phần tạo nờn thành cụng của kỹ thuật số đú là truyền dẫn số
1.1 Truyền dẫn ở băng tần cơ sở BaseBand
Trong truyền dẫn BaseBand tớn hiệu được truyền dẫn ở dạng xung cú phổ vụ hạn và chiếm toàn bộ dải thụng của đường truyền
1.1.1 Tớn hiệu số
Tớn hiệu số là tập hợp của cỏc bit {0,1} và được biểu diễn dưới dạng 0v
và 5v với mức TTL Tuy nhiờn dạng tớn hiệu này chỉ tồn tại trờn cỏc Bus của
cỏc bo mạch đơn lẻ hay Bus nội trong cỏc IC mà khụng thể truyền dẫn đi xa
Để truyền dẫn tớn hiệu số trờn băng tần cơ sở BaseBand cần mó đường truyền Line Code với mục đớch:
Đưa vào độ dư bằng cỏch mó húa cỏc từ số liệu nhị phõn thành cỏc từ dài
hơn Cỏc từ nhị phõn dài hơn này sẽ cú nhiều tổ hợp hơn do tăng số bit Chỳng ta cú thể chọn những tổ hợp xỏc định cú cấu trỳc theo một quy luật từ
mó hợp thành , cho phộp tỏch thụng tin định thời một cỏch dễ dàng hơn và
giảm độ chờnh lệch giữa cỏc bit “0” và cỏc bit “1” trong một từ mó Việc
giảm độ chờnh lệch này dẫn đến giảm thành phần một chiều Điều này là cần thiết vỡ khụng thể truyền thành phần một chiều của tớn hiệu số đi được Tuy