đồ án các phương pháp giảm PAPR trong OFDM

CÁC TỪ VIẾT TẮT3GPP The Third Generation PartnerShip Project Dự án đối tác thế hệ thứ 3 4G The Fourth Generation Công nghệ truyền thông không dây thế hệ thứ 4AWGN Additive White Ga

LỜI CAM ĐOAN

Em xin cam đoan nội dung của đồ án này không là bản sao chép hoàn toàncủa bất cứ đồ án hoặc công trình nào đã có từ trước Mọi sự tham khảo sử dụngtrong đồ án đều được trích dẫn các nguồn tài liệu trong báo cáo và danh mục tài liệutham khảo Nếu vi phạm quy chế của khoa, em xin hoàn toàn chịu trách nhiệm

Đà Nẵng, ngày tháng năm 2017 Sinh viên

MỤC LỤC

CÁC TỪ VIẾT TẮT

3GPP The Third Generation PartnerShip

Project

Dự án đối tác thế hệ thứ 3

4G The Fourth Generation Công nghệ truyền thông

không dây thế hệ thứ 4AWGN Additive White Gaussian Noise Nhiễu Gauss trắng cộng

BPSK Binary Phase Shift Key Khoá dịch pha nhị phân

Cumulative Distribution Function Hàm phân bố tích lũy

DFT Discrete Fourier Transform Biến đổi Fourier rời rạc

DVB-T Digital Video Broadcasting Terrestrial Công nghệ truyền dẫn truyền

hình kĩ thuật số mặt đấtFDM Fast Fourier Transform Biến đổi Fourier nhanh

HDTV High Definition Televison Truyền hình độ nét cao

ICI Inter-Channel Interference Nhiễu xuyên kênh

IDFT Inverse Discrete Fourier Transform Biến đổi Fourier ngược

IFFT Inverse Fast Fourier Transform Biến đổi ngược Fourier nhanhISI Inter-Symbol Interference Nhiễu xuyên kí tự

ISI Inter Symbol Interference Nhiễu xuyên kí tự

LTE Long Term Evolution Công nghệ di động thế hệ 4OFDM Orthogonal Frequency Division

Multiplexing

Ghép kênh phân chia theo tần

số trực giaoPAPR Peak-to-Average Power Ratio Tỉ số công suất đỉnh trên công

suất trung bình

PTS Partial Transmit Sequence Dãy truyền riêng phần

QAM Quadrature amplitude modulation Điều chế biên độ cầu phươngQPSK Quadrature Phase Shift Key Khóa dịch pha cầu phươngS/P Serial to Parallel converter Chuyển đổi nối tiếp sang song

song

SLM Selected Level Mapping Lược đồ chọn mức

SNR Signal to Noise Ratio Tỉ số tín hiệu trên nhiễu

TDMA Time Divison Multiplexing Access Đa truy cập phân chia theo

thời gianWiMAX Worldwide Interoperability for Tiêu chuẩn IEEE 802.16 cho

Microwave Access thông rộn

việc kết nối Internet băng

LỜI MỞ ĐẦU

Việc nghiên cứu kỹ thuật ghép kênh phân chia theo tần số trực giao (OFDM) được biết đến từ những năm 70 của thế kỷ trước, với những ưu điểm chính như: chophép truyền dữ liệu tốc độ cao được truyền song song với tốc độ thấp trên các băng hẹp, khả năng cho hiệu suất phổ cao, khả năng chống lại fading chọn lọc tần số, đơngiản và hiệu quả trong điều chế và giải điều chế tín hiệu nhờ sử dụng thuật toán IFFT, FFT

Bên cạnh những ưu điểm đó, hệ thống OFDM vẫn còn những hạn chế cần được khắc phục Hệ quả của việc sử dụng nhiều sóng mang ghép kênh trực giao dẫn đến tín hiệu OFDM rất nhạy cảm với sự dịch tần số, đồng thời vấn đề đồng bộ tần số và thời gian trong các hệ thống OFDM phức tạp hơn hệ thống đơn sóng mang Và cũng chính việc sử dụng nhiều sóng mang phụ là nguyên nhân tạo ra nhược điểm lớn nhất của hệ thống OFDM : tạo ra các đỉnh có biên độ lớn khi tín hiệu trên các sóng mang cộng kết hợp Tỷ số công suất đỉnh trên công suất trung bình PAPR được dùng để đánh giá đỉnh tín hiệu trong một chu kỳ ký hiệu OFDM

Hệ thống OFDM có tỷ số PAPR lớn thì nó làm tăng độ phức tạp bộ chuyển đổi A/D và D/A, làm giảm hiệu quả của bộ khuyếch đại công suất vì thế việc làm giảm tỷ số PAPR trong hệ thống OFDM là rất quan trọng

Nhận thấy được tầm quan trọng của việc làm giảm tỷ số PAPR trong hệ thống

OFDM nên em quyết định chọn đề tài “Nghiên cứu các kĩ thuật giảm PAPR trong

truyền dẫn OFDM” cho đồ án chuyên ngành này.

Nội dung đề tài gồm có 4 nội dung chính

Chương 1 : Tổng quan về thông tin di động

Chương 2 : Tổng quan về OFDM

Chương 3 : Các phương pháp giảm PAPR trong OFDM

Chương 4 : Mô phỏng một số phương pháp giảm PAPR

CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN VỀ THÔNG TIN DI DỘNG

1.1. Giới thiệu chương

Ra đời đầu tiên vào cuối năm 1940, đến nay thông tin di động đã trải qua nhiềuthế hệ Mạng di động thế hệ thứ nhất là thế hệ thông tin tương tự sử dụng công nghệ

đa truy cập phân chia theo tần số (FDMA).Thế hệ thứ 2 sử dụng kỹ thuật số vớicông nghệ đa truy cập phân chia theo thời gian (TDMA) và phân chia theo mã(CDMA) Thế hệ thứ 3 ra đời đánh giá sự nhảy vọt nhanh chóng về cả dung lượng

và ứng dụng so với các thế hệ trước đó và có khả năng cung cấp các dịch vụ đaphương tiện là thế hệ đang được triển khai ở nhiều nước nước trên Thế Giới

Trong chương này, chúng ta sẽ tìm hiểu một cách khái quát nhất về hệ thốngthông tin di động, lịch sử phát triển, cấu trúc chung và một số công nghệ di độngđược sử dụng từ trước tới nay

1.2. Lịch sử phát triển

Các dịch vụ di động sơ khai bắt đầu hoạt động vào năm 1960

Năm 1967 , chiếc điện thoại “di động” đầu tiên được ra đời có tên gọi là CarryPhone , với khối lượng 4,5kg

Đến năm 1973, Motorola Dyna Tac ra đời , có hình dáng giống điện thoại ngàynay hơn, tuy nhiên còn cồng kềnh và chưa được phổ biến

Năm 1980, hệ thống điện thoại di động sử dụng kĩ thuật truy cập phân chiatheo tần số được phát triển Nhưng các hệ thống thông tin tương tự không thể đápứng được nhu cầu ngày càng tăng do có quá nhiều hạn chế :

- Phân bố tần số rất hạn chế

- Dung lượng thấp

- Tiếng ồn khó chịu và nhiễu hệ thống xảy ra khi máy di động di chuyển trongmôi trường Fading đa tia

- Không đáp ứng được các dịch vụ mới hấp dẫn đối với khách hàng

- Không cho phép giảm đáng kể giá thành của các thiết bị di động và cơ sở hạtầng

- Không đảm bảo tính bảo mật của các cuộc gọi

- Không tương thích giữa các hệ thống khác nhau

Năm 1982, hệ thống thông tin di động số sử dụng kỹ thuật đa truy cập phânchia theo thời gian ( TDMA) ra đời ở Châu Âu có tên là GSM (Global System forMoblie Communication)

Năm 1985, Công nghệ CDMA bắt đầu phát triển và phiên bản đầu tiên làCDMA IS_95A Các mạng CDMA được đưa vào khai thác ở Hàn Quốc ,HongKong, Argentina, Brasil, Chile,… Để tăng dung lượng của hệ thống thông tin

di động, tần số các hệ thống này đang được chuyển từ vùng 800-900MHz vào vùng1,8-1,9MHz

Tháng 5/1986 giải pháp TDMA băng hẹp được lựa chọn cho dịch vụ viễn thôngchung Châu Âu ở băng tần 900MHz

1.3. Cấu trúc chung của hệ thống thông tin di động

Hình 1.1 Mô hình hệ thống thông tin di động

Các phần tử và chức năng cơ bản của mô hình:

• Trạm di động MS (Mobile station) : MS là thiết bị đầu cuối MS có thể là thiết bị

đặt trong ôtô hay thiết bị xách tay MS có chức năng thu, phát và xử lý tín hiệu vôtuyến, MS còn cung cấp khả năng tương tác với người dùng thông qua loa, micro,màn hình hiển thị, bàn phím… để quản lý cuộc gọi và thực hiện các tác vụ khác

• Trạm thu phát gốc BTS (Base station transceiver station) : Một BTS bao gồm

hệ thống thiết bị phát, thu , anten và xử lý tín hiệu vô tuyến , giải mã , mã hóa thôngtin , trao đổi với thiết bị điều khiển trạm gốc BSC

Một số bộ phận quan trọng của BTS là TRAU ( Transcoder/adapter rate unit)

Hệ thống chuyển mã và chuyển đổi tốc độ Ở đây cũng thực hiện thích ứng tốc độtrong trường hợp truyền số liệu TRAU có thể đặt gần hoặc xa trạm BTS

• Bộ điều khiển trạm gốc BSC (Base station controller) : Là thành phần nằm giữa

trung tâm chuyển mạch và trạm thu phát gốc (BTS) BSC có nhiệm vụ quản lý điềukhiển trạm gốc BTS.Thiết bị cung cấp chức năng điều khiển chuyển giao, tần số sửdụng và điều khiển công suất tín hiệu đối với mỗi người dùng, quản lý tài nguyên

và các tham số vô tuyến Trong thực tế BSC là tổng đài có khả năng tính toán đáng

kể Vai trò chủ yếu của nó là quản lý các kênh ở giao diện vô tuyến và chuyển giao.Một BSC trung bình có thể quản lý tới hàng chục BTS (phụ thuộc vào lưulượng của các BTS này) BTS cũng có thể kết hợp chung với BSC vào một trạmgốc

• Trung tâm chuyển mạch các dịch vụ di động MSC (Mobile service switching center): Ở hệ thống thông tin di động, chức năng chuyển mạch chính được thực

hiện bởi MSC Nhiệm vụ của MSC là điều phối việc thiết lập cuộc gọi đến cácngười sử dụng mạng thông tin di động MSC liên kết với mạng ngoài gọi là MSCcổng

Chức năng của MSC:

- Chuyển mạch cuộc gọi, điều khiển cuộc gọi và ghi nhật ký cuộc gọi

- Giao tiếp với PSTN, ISDN, PSPDN

- Quản lý di động thông qua mạng vô tuyến và các mạng khác

- Quản lý tài nguyên vô tuyến – handover giữa các BSC

- Thông tin tính cước

• Bộ ghi định vị thường trú HLR (Home localtion register): Ngoài mạng MSC,

mạng thông tin di động bao gồm cả các cơ sở dữ liệu Các thông tin liên quan đếnviệc cung cấp các dịch vụ viễn thông được lưu giữ ở HLR HLR còn chứa thông tinliên quan đến vị trí hiện thời của thuê bao Thường HLR là một máy tính đứng riêngkhông có khả năng chuyển mạch và có khả năng quản lý hàng trăm thuê bao Một

chức năng nhỏ của HLR nhận dạng trung tâm nhận thức AUC, nhiệm vụ của trungtâm này là quản lý an toàn số liệu của các thuê bao được phép.

• Bộ ghi định vị tạm trú VLR (Visitor location register): VLR là cơ sở dữ liệu thứ

2 trong mạng thông tin di động được nối với một hay nhiều MSC và có nhiệm vụlưu giữ tạm thời số liệu thuê bao Các thuê bao đang nằm trong vùng phục vụ củaMSC tương ứng và đồng thời lưu giữ số liệu về vị trí các thuê bao nói trên ở mức

độ chính xác hơn HLR Các chức năng của VLR thường được liên kết với các chứcnăng MSC

• MSC Cổng (GMSC): Mạng thông tin di động có thể chứa nhiều MSC, VLR,HLR.

Để thiết lập một cuộc gọi đến của người sử dụng thông tin di động trước hết cuộcgọi phải được định tuyến đến một tổng đài được gội là GMSC mà không cần biếtthuê bao hiện thời đang ở đâu Các tồng đài cổng có nhiệm vụ lây thông tin về vị trícủa thuê bao và định tuyến cuộc gọi đên tổng đài đang quản lý thuê bao ở thời điểmhiện tại ( MSC tạm trú) Để vậy trước hết tổng đài phải dựa trên số thoại danh bạcủa thuê bao để tìm đúng HLR cần thiết và hỏi HLR Tổng đài cổng có một giaotiếp với các mạng bên ngoài, thông qua giao diện này nó làm nhiệm vụ cổng để kếtnối các mạng bên ngoài với mạng di động Ngoài ra tổng đài này cũng có giao diện

số 7 (CCSNo7) để có thể tương tác với các phần tử của mạng thông tin di động Vềphương diện kinh tế không phải bao giờ tổng đài cũng đứng riêng mà nó thườngđược kết hợp với MSC

• Quản lý thuê bao và trung tâm nhận thức ( AUC): Quản lý thuê bao, bao gồm

các hoạt động quản lý đăng ký thuê bao Nhiệm vụ đầu tiên là nhập và xóa thuê baokhỏi mạng Đăng ký thuê bao cũng có thể là rất phức tạp, bao gồm nhiều dịch vụ vàtính năng bổ xung Nhà khai thác phải có thể thâm nhập được tất cả hệ thống số nóitrên Một nhiệm vụ quan trọng của khai thác là tính cước cuộc goi Cước phí phảiđược tính và được gửi đến thuê bao Quản lý thuê bao ở mạng thông tin di dộng chỉliên quan HLR và một số thiết bị OS riêng, chẳng hạn nối HLR với các thiết bị giaodiện người máy qua các trung tâm giao dịch với các thuê bao Việc quản lý thuê baođược thực hiện thông qua một khóa nhận dạng bí mật duy nhất cho từng thuê bao.AUC quản lý các thông tin nhận thức và mật mã liên quan đến từng cá nhân thuê

bao dựa trên khóa bí mật này AUC có thể được đặt trong HLR hay MSC hay độclập với cả hai Khóa này cũng được lưu giữ vĩnh cửu và bí mật trong bộ nhớ MS ỞGMS bộ nhớ này có dạng SIMCARD có thể rút ra và cắm lại được.

• Quản lý thiết bị di động EIR (Equipment identity register) : Quản lí thiết bị di

động EIR lưu giữ tất cả các dữ liệu liên quan đến trạm di động MS EIR được nốiđến MSC thông qua đường báo hiệu để kiểm tra sự được phép của thiết bị Một thiết

bị không được phép sẽ bị cấm

• Bộ xử lý số liệu DMH( Data Message Handler): Được sử dụng để thu nhập các

dữ liệu tính cước

• Các mạng ngoài : Các mạng thông tin này bao gồm mạng điện thoại chuyển mạch

công cộng (PSTN), mạng số liên kết đa dịch vụ (ISDN), mạng di động công cộngmặt đất (PLMN) và mạng số liệu công cộng chuyển mạch gói (PSPDN)

1.4. Các hệ thống mạng di động

Một số nguyên tắc quan trọng khi thiết kế các hệ thống vô tuyến di động là vấn

đề lựa chọn các hệ thống đa truy cập để có thể sử dụng phổ vô tuyến chung Đa truycập được phân chia làm các phương pháp sau:

- Đa truy cập phân chia theo tần số (FDMA)

- Đa truy cập phân chia theo thời gian (TDMA)

- Đa truy cập phân chia theo mã ( CDMA)

1.4.1. Hệ thống di động thế hệ thứ nhất (1G)

Hệ thống di động tương tự sử dụng phương thức đa truy cập phân chia theo tần số FDMA (Frequency-division multiple access) và diều chế tần số FM

Đặc điểm : - Phương thức truy cập chính : FDMA

- Dịch vụ đơn thuần là thoại

- Chất lượng thấp, bảo mật kém

Hình 1.2 Đa truy cập phân chia theo tần số

Một số hệ thống điển hình :

- NMT: Nordic Mobile Telephone sử dụng băng tần 450Mhz

- TACS: Total Access communication System triển khai tại anh năm 1985

- AMPS: Advanced Mobile Phone System triển khai tại Bắc Mỹ năm 1978 băng

Tùy vào kỹ thuật đa truy cập tín hiệu 2G được chia làm 2 loại chính là TDMA(Time Division Multiple Access) và CDMA (Code Division Multiple Access)

Đánh dấu điểm mốc bắt đầu của mạng 2G là sự ra đời của mạng D-AMPS (hayIS-136) dùng TDMA phổ biến ở Mỹ Tiếp theo là mạng CdmaOne (hay IS-95) dùngCDMA phổ biến ở châu Mỹ và một phần của châu Á, rồi mạng GSM dùng TDMA,

ra đời đầu tiên ở Châu Âu và hiện được triển khai rộng khắp thế giới Sự thành công

của mạng 2G là do dịch vụ và tiện ích mà nó mạng lại cho người dùng, tiêu biểu làchất lượng thoại và khả năng di động

1.4.2.2 Đa truy cập phân chia theo thời gian TDMA

Hình 1.3 Đa truy cập phân chia theo thời gian

Đặc điểm :

Các tín hiệu chia thành từng cụm và ghép thành các khung thời gian

Mỗi sóng mang mang một cụm chiếm toàn bộ băng thông

Cần đảm bảo tính đồng bộ nghiêm ngặt

1.4.2.1 Đa truy cập phân chia theo mã CDMA

Hình 1.4 Đa truy cập phân chia theo code

Đặc điểm : Các User được mã hóa trực giao nhau Mỗi User được phân biệt

bằng một mã riêng Cho phép nhiều user phát đồng thời trên toàn bộ băng thông tại

cùng một thời điểm

1.4.2.2 Ưu Nhược điểm của hệ thống 2G

Ưu điểm : Trong mạng 2G, tín hiệu số được sử dụng để truyền dẫn giữa các

thiết bị Các dữ liệu số của giọng nói được mã hóa nên có thể nén, ghép kênh hiệu

quả hơn analog nên tiết kiệm được băng tần, đảm bảo tính bảo mật cao Hiệu quảquang phổ cao Khả năng bị nhiễu từ môi trường thấp Nhờ khả năng số hóa mà cácdịch vụ truyền dữ liệu văn bản như Email, SMS , MMS… được phát triển

Nhược điểm : Tín hiệu sóng kĩ thuật số yếu từ điện thoại có thể không truyền

đến trạm thu phát sóng, chất lượng cuộc gọi bị giảm đáng kể Khi khoảng cách tănglên, tín hiệu tương tự vẫn có thể giải mã nhưng chất lượng thông tin giảm dần, còntín hiệu số sẽ xảy ra lỗi làm sai khác thông tin ở nơi thu so với nơi phát

1.4.3. Hệ thống di động thế hệ thứ ba(3G)

1.4.3.1 Giới thiệu:

Tiếp nối thế hệ thứ 2, mạng thông tin di động thế hệ thứ ba 3G đã được triển

khai và trở nên phổ biến Cải tiến nổi bật nhất của mạng 3G so với mạng 2G là khả

năng cung cấp các gói tốc độ cao nhằm triển khai các dịch vụ truyền thông đa

phương tiện Mạng 3G bao gồm mạng UMTS sử dụng kỹ thuật WCDMA, mạng

CDMA2000 sử dụng kỹ thuật CDMA và mạng TD-SCDMA được phát triển bởi

Trung Quốc Gần đây công nghệ WiMAX cũng được thu nhận vào họ hàng 3G bên

cạnh các công nghệ nói trên Tuy nhiên, câu chuyện thành công của mạng 2G rất

khó lặp lại với mạng 3G Một trong những lý do chính là dịch vụ mà 3G mang lại

không có một bước nhảy rõ rệt so với mạng 2G Mãi gần đây người ta mới quan

tâm tới việc tích hợp MBMS (Multimedia broadcast and multicast service) và IMS

(IP multimedia subsystem) để cung ứng các dịch vụ đa phương tiện

1.4.3.2 Công nghệ đa truy cập chia theo mã CDMA2000

CDMA2000, là thế hệ kế tiếp của các chuẩn 2GCDMA và IS-95 Băng tần

1.25Mhz Các đề xuất của CDMA2000 nằm bên ngoài khuôn khổ GSM tại Mỹ,

Nhật Bản và Hàn Quốc CDMA2000 được quản lý bởi 3GPP2 Có nhiều công nghệ

truyền thông khác nhau được sử dụng trong CDMA2000 bao gồm 1xRTT,

CDMA2000-1xEV-DO và 1xEV-DV

1.4.3.3. Công nghệ đa truy cập chia theo mã băng rộng W-CDMA

W-CDMA (Wideband Code Division Multiple Access) nguyên thủy là công

nghệ CDMA2000 W-CDMA được sử dụng trong hệ thống di dộng của Japanese

FOMA và J-Phone 3G W-CDMA sử dụng băng tần 5Mhz

Tốc độ đỉnh (Mbps) 0.144 2.4 4.8 5-8 2.4 (8 – 10 với HSDPA)

Mã hóa Mã chập (low rate), Turbo (high rate)

Bảng 1.1 Đặc tính tiêu chuẩn 3G

Yêu cầu kỹ thuật của 4G bao gồm cả mạng chuyển mạch gói tin dựa trên địa chỉ

IP và một kênh với băng thông có khả năng mở rộng lên đến 40MHz

Công nghệ mạng 4G sử dụng bao gồm : UMTS, OFDM, SDR, TD-SCDMA,MIMO, WiMaX

1.4.4.2 Công nghệ 4G LTE (Long Term Evolution)

Hệ thống 3GPP LTE , là bước tiếp theo cần hướng tới của hệ thống mạngkhông dây 3G dựa trên công nghệ di động GSM/UMTS, và là một trong nhữngcông nghệ tiềm năng nhất cho truyền thông 4G Liên minh Viễn thông Quốc tế(ITU) đã định nghĩa truyền thông di động thế hệ thứ 4 là IMT Advanced và chiathành hai hệ thống dùng cho di động tốc độ cao và di động tốc độ thấp 3GPP LTE

là hệ thống dùng cho di động tốc độ cao Ngoài ra, đây còn là công nghệ hệ thống

tích hợp đầu tiên trên thế giới ứng dụng cả chuẩn 3GPP LTE và các chuẩn dịch vụứng dụng khác, do đó người sử dụng có thể dễ dàng thực hiện cuộc gọi hoặc truyền

dữ liệu giữa các mạng LTE và các mạng GSM/GPRS hoặc UMTS dựa trênWCDMA Kiến trúc mạng mới được thiết kế với mục tiêu cung cấp lưu lượngchuyển mạch gói với dịch vụ chất lượng cao, độ trễ tối thiểu Hệ thống sử dụngbăng thông linh hoạt nhờ vào mô hình đa truy cập OFDMA và SC-FDMA Thêmvào đó, FDD (Frequency Division Duplexing) và TDD (Time Division Duplexing),bán song công FDD cho phép các UE có giá thành thấp Không giống như FDD,bán song công FDD không yêu cầu phát và thu tại cùng thời điểm Điều này làmgiảm giá thành cho bộ song công trong UE Truy cập tuyến lên dựa vào đa truy cậpphân chia theo tần số đơn sóng mang (Single Carrier Frequency Division multipleAccess SC-FDMA) cho phép tăng vùng phủ tuyến lên làm tỷ số công suất đỉnh trêncông suất trung bình thấp (Peak-to-Average Power Ratio PAPR) so với OFDMA.Thêm vào đó, để cải thiện tốc độ dữ liệu đỉnh, hệ thống LTE sử dụng hai đến bốnlần hệ số

1.4.4.3 Công nghệ WiMax

Năm 2004, chuẩn WiMax (Worldwide Interoperability for Microwave Access)đầu tiên 802.16-2004 đã được IEEE chấp nhận Không giống các chuẩn không dâykhác, WiMax cho phép truyền dữ liệu trên nhiều dải tần, có thể tránh “đụng độ” vớinhững ứng dụng không dây khác WiMax cho tốc độ cao một phần nhờ kỹ thuậtOFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) cho phép tăng băng thôngbằng cách chia tách các kênh băng rộng thành nhiều kênh băng hẹp, mỗi kênh dùngtần số khác nhau để truyền đồng thời các gói dữ liệu

Tháng 12/2005, IEEE phê chuẩn 802.16e – Mobile WiMax, bổ sung cho

802.16-2004 Mobile WiMax cung cấp khả năng di động bằng cách cho phép

chuyển kênh truyền dữ liệu từ một trạm thu phát này sang một trạm khác khi người dùng di chuyển giữa 2 trạm Tương tự phiên bản 802.11n của Wi-Fi, Mobile

WiMax dùng công nghệ MIMO cho phép phát và thu qua nhiều anten để cải thiện tốc độ và chất lượng tín hiệu Mobile WiMax được kỳ vọng cạnh tranh với các côngnghệ di động, Wi-Fi và các công nghệ truy cập Internet như DSL.

Mobile WiMax không cần cơ sở hạ tầng tốn kém như các hệ thống dùng dây vàcung cấp đủ băng thông cho các dịch vụ thoại, dữ liệu và các dịch vụ đa phươngtiện như truyền hình độ nét cao (HDTV)

3GPP LTERAN1

802.16e/MobileWiMax R1

802.16m/MobileWiMax R2

2,6GHz 2,3GHz, 2,5GHz,3,3-3,8GHz 2,3GHz, 2,5GHz,3,3-3,8GHzTốc độ tối đa

(Download/Upload

)

300Mbps /100Mbps 70Mbps /70Mbps 300Mbps /100Mbps

có thể phục vụ cùng lúc khoảng 60 đến 100 người dùng dịch vụ 3G đủ nhanh vàđáng tin cậy Tuy nhiên một tháp 4G LTE có thể phục vụ tới 300 - 400 người Đặcbiệt, 4G có khả năng giảm độ trễ xuống ở mức rất thấp, lý tưởng cho các dịch vụđòi hỏi đáp ứng theo thời gian thực

- Có hiệu suất sử dụng phổ tần cao hơn 3G, cho phép dung lượng dữ liệu truyềnlớn hơn Đó là nhờ 4G sử dụng các chương trình mã hóa thông minh hơn Thêmnữa, 4G nén được nhiều bit dữ liệu hơn trên phổ tần số so với 3G.

1.5. Kết luận chương

Các hệ thống thông tin di động hiện nay có tần suất phát triển khoảng 10 năm,

cứ 10 năm thì một thế hệ thông tin di động mới xuất hiện Tuy nhiên các thế hệ saunày, không có sự cách tân đột phá, mà chỉ phát triển , cải tiến dựa trên hệ thốngtrước đó Sự thay đổi lớn nhất là từ thế hệ 1G sang thế hệ 2G, chuyển từ tín hiệutương tự sang tín hiệu số, nhờ đó chúng ta có thể khai thác hiệu quả băng thông,nhiều dịch vụ mới ra đời

Chương này đã giới thiệu tổng quan về quá trình phát triển của hệ thống thông tin diđộng Với nhu cầu không ngừng tăng lên của người sử dụng cả về chất lượng và số lượng, nhu cầu trao đổi thông tin ở trình độ cao và đa dạng sự phát triển ấy là tất yếu Hiện nay công nghệ 3G đang được ứng dụng một cách mạnh mẽ ở các nước trên thế giới với các dịch vụ tiện ích như điện thoại truyền hình, truy cập internet,…

CHƯƠNG 2 : TỔNG QUAN VỀ OFDM

2.1. Giới thiệu chương

OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) ghép kênh phân chiatheo tần số trực giao là một trường hợp đặc biệt của phương pháp điều chế đa sóngmang Kỹ thuật này cho phép truyền dữ liệu với tốc độ cao, chống nhiễu tốt và giảiquyết được các vấn đề đa đường Trong chương này chúng ta sẽ tìm hiểu nguyên lý

và phát biểu toán học của kỹ thuật này Từ đó xây dựng nên bộ điều chế và giải điềuchế cho hệ thống OFDM cũng như dựa trên hai bộ phận chính đó để xây dựng nên

hệ thống thu phát OFDM hoàn chình Giới thiệu một số ứng dụng của kỹ thuật điềuchế này đang được sử dụng trong các hệ thống số hiện tại Kết thúc chương là một

số đánh giá về ưu và nhược điểm của kỹ thuật OFDM

2.2. Nguyên lí cơ bản của OFDM

2.2.1. Giới thiệu về OFDM

Kỹ thuật OFDM bắt nguồn từ kỹ thuật FDM (ghép kênh theo tần số) Kỹ thuậtOFDM do R.W.Chang phát minh năm 1966 ở Mỹ Sau đó, Weistein và Ebert đãchứng minh rằng phép điều chế OFDM có thể thực hiện được thông qua các phépbiến đổi Fourier rời rạc ngược (IDFT) và phép giải điều chế OFDM có thể thực hiệnđược bằng phép biến đổi Fourier rời rạc (DFT) sau này chuyển sang sử dụng phépbiến đổi nhanh Fourier (FFT) và biến đổi nhanh Fourier ngược (IFFT)

Nguyên lý cơ bản của OFDM là chia một luồng dữ liệu tốc độ cao thành cácluồng dữ liệu tốc độ thấp hơn và phát đồng thời trên một số các sóng mang con trựcgiao Các sóng mang này đi qua bộ biến đổi Fourier trước khi truyền đi

Từ khi hình thành đến nay, OFDM đã phát triển thành một kỹ thuật phổ biếntrong hệ thống thông tin di động băng rộng , được sử dụng trong các ứng dụng nhưtruyền hình kỹ thuật số và truyền âm thanh, truy cập internet DSL , mạng khôngdây , mạng powerline và 4G

2.2.2. Nguyên lí cơ bản

Hình 2.1 Sơ đồ khối của kỹ thuật ODFM

- S/P (Serial to parallel) : chuyển đổi tín hiệu nối tiếp thành song song

- IFFT : biến đổi nhanh Fourier ngược

- P/S (Parallel to serial) : chuyển đổi tín hiệu song song thành nối tiếp

- FFT: biến đổi nhanh Fourier

Tại nơi phát , OFDM phân chia dải tần thành rất nhiều dải tần con với các sóngmang khác nhau, mỗi sóng mang được điều chế để truyền một dòng dữ liệu tốc độthấp Tập hợp của nhiều dòng dữ liệu này tạo nên luồng tốc độ cao để truyền đi.Mỗi sóng mang mang một luồng dữ liệu , các sóng mang trực giao với nhau

Tại nơi thu , tín hiệu được giải điều chế ngược lại, các sóng mang con chứa cácluồng dữ liệu được tách ra thành các tín hiệu song song Sau đó các tín hiệu songsong được chuyển thành tín hiệu nối tiếp ở ngõ ra

2.2.3. Bộ điều chế OFDM

2.2.3.1. Sơ đồ nguyên lý

Hình 2.2 Bộ điều chế OFDM cơ bản

- S/P : có nhiệm vụ chuyển luồng tín hiệu bit nối tiếp do,d1,d2… ở đầu vào thànhtín hiệu bit song song so,s1,s2… ở đầu ra Mỗi tín hiệu s sẽ được điều chế trên 1sóng mang khác nhau

- Khối IFFT : Kỹ thuật OFDM sử dụng nhiều sóng mang, mỗi sóng mang là một

sóng sin, nếu số lượng sóng mang lớn thì việc điều chế trở nên phức tạp Vì vậycần dùng phép biến đổi Fourier ngược để vấn đề được đơn giản hơn Sau khi tínhiệu được mã hóa và điều chế số ta thu được N luồng tín hiệu Xo,X1,… XN-1

tương ứng với N sóng mang con Tín hiệu x[n] = xo,x1…xn-1 sau khối IFFT đượcxác định bởi công thức :

- Một khoảng bảo vệ được chèn vào đó là tiền tố lặp CP Nhờ đó , hiện tượng

nhiễu xuyên kí tự ISI được hạn chế

Tín hiệu sau khi điều chế OFDM được chuyển sang tín hiệu analog , đi vào bộkhuếch đại công suất cao tần Sau đó được phát đi vào môi trường

2.2.3.2. Các kỹ thuật điều chế trong OFDM

Trong OFDM người ta thường sử dụng BPSK, QPSK, 4QAM, 16QAM,64QAM… cho việc điều chế tín hiệu

• Điều chế BPSK

(2.1)

Hình 2.3.a Đồ thị tín hiệu điều chế BPSK Hình 2.3.b Giản đồ vecto BPSK

Tín hiệu băng gốc s(t) là xung NRZ lưỡng cực và sơ đồ điều chế này sử dụng một trong hai pha lệch nhau 180o

+ Với các bit 1 : (2.2)

+ Với các bit -1 : (2.3)

• Điều chế QPSK

Hình 2.4.a Dạng sóng QPSK Hình 2.4.b Biểu đồ điều chế QPSK

• Điều chế QAM (Quadrature Amplitude Modulation)