TÌM HIỂU các kỹ THUẬT điều CHẾ TRONG OFDM (có code bên dưới)

TÌM HIỂU các kỹ THUẬT điều CHẾ TRONG OFDM (có code bên dưới) ............ TÌM HIỂU các kỹ THUẬT điều CHẾ TRONG OFDM (có code bên dưới) ............ TÌM HIỂU các kỹ THUẬT điều CHẾ TRONG OFDM (có code bên dưới) ............ TÌM HIỂU các kỹ THUẬT điều CHẾ TRONG OFDM (có code bên dưới) ............ TÌM HIỂU các kỹ THUẬT điều CHẾ TRONG OFDM (có code bên dưới) ............

TÌM HIỂU CÁC KỸ THUẬT ĐIỀU CHẾ

TRONG OFDM

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI

1.1 Giới thiệu các kỹ thuật điều chế số

Điều chế số: là quá trình biến đổi những thành phần của sóng mang, ví dụ như:tần số, pha , biên độ theo dạng chuỗi số nhị phân đầu vào Vì thế, ta có các kiểuđiều chế như :ASK, FSK , PSK, QAM…

1.1.1 Điều chế dịch biên ASK (Amplitude Shilf Keying)

Khái niệm: Trong điều chế ASK, biên độ của sóng mang hình sine ở tần số cao

sẽ bị biến thiên theo mức luận lý của chuỗi tín hiệu số Tổng quát hơn, tín hiệu số sẽ

có m các mức tín hiệu khác nhau Trong trường hợp m=2, ta có điều chế dịch biênnhị phân BASK

Hình 1-1: Dạng sóng tín hiệu điều chế số ASK [1]

Hình 1-2: Dạng sóng giải điều chế ASK [1]

Sơ đồ điều chế ASK:

Hình 1-3: Sơ đồ điều chế ASK [1]

Sơ đồ giải điều chế ASK kiểu kết hợp:

Hình 1-4: Sơ đồ giải điều chế ASK [1]

Ưu điểm: chỉ dung một sóng mang, dễ thực hiện, thích hợp với truyền tốc độthấp

Nhược điểm: khả năng bị ảnh hưởng nhiễu cao, đồng bộ khó, ít được áp dụngthực tế

Ứng dụng trong cáp

1.2 Điều chế dịch pha PSK ( Phase Shilf Keying )

Khái niệm: Pha của sóng mang hình sine ở tần số cao sẽ bị biến thiên theo mứclogic 0 và logic 1 của chuỗi số Với M=2N chính là số pha trạng thái khác nhau củasóng mang, với N là số bit nhị phân Điều chế dịch pha có các kiểu điều chế M-ary:BPSK, QPSK

1.1.2 Điều chế BPSK:

Dạng sóng của tín hiệu BPSK:

Hình 1-4: Dạng sóng tín hiệu của BPSK [1]

Sơ đồ điều chế BPSK:

Hình 1-5: Sơ đồ điều chế BPSK [1]

Sơ đồ giải điều chế BPSK:

Hình 1-6: Sơ đồ giải điều chế BPSK [1]

Hình 1-7: Sơ đồ khối giải điều chế QPSK [1]

Ưu điểm: ít lỗi, ít nhạy với nhiễu vì pha ít bị môi trường và tần số ảnh hưởng.Nhược điểm: dễ sinh ra hiện tượng sai pha khi điều chế ở mức cao, thực hiện cácmạch điều chế khó

Ứng dụng rộng rãi trong mạng wifi, di động CDMA

1.3 Điều chế FSK ( Frequency Shilf Keying )

Khái niệm: biểu thị bit 0 và bit 1 bằng cách sử dụng 2 tần số khác nhau của sóngmang Tần số thấp với bit 0 và tần số cao với bit 1

Hình 1-8: Dạng sóng tín hiệu điều chế FSK [1]

Ưu điểm: so sánh với điều chế ASK thì FSK bị ảnh hưởng bởi nhiễu ít hơn, và ítlỗi hơn

Nhược điểm: tốc độ truyền đi bị hạn chế và khi ở tần số cao dễ bị nhiễu, đồngthời khó đồng bộ.

Ứng dụng nhiều trong truyền số liệu Dùng tần số cao (3-30MHz) để truyềnsóng radio hoặc cáp đồng trục hoặc có thể truyền dữ liệu mang tốc độ 1200bp haythấp hơn trong mạng điện thoại

1.4 Điều chế QAM ( Quadratude Amplitude Modulation )

Khái niệm: QAM là loại điều chế kết hợp của điều biên và điều pha Các dạngđiều chế QAM như : 4-QAM, 16-QAM, 64-QAM Phương pháp điều chế M-QAM

là phương pháp có thể tăng năng suất của một kênh truyền mà không cần tăng côngsuất hay độ rộng của băng thông

Dưới đây là ví dụ các trạng thái pha của tín hiệu 16-QAM

Hình 1-8: Giản đồ chòm sao 16-QAM [1]

Mạch điều chế và giải điều chế của 16-QAM:

Hình 1-10: Mạch điều chế 16-QAM [1]

Hình 1-11: Mạch giải điều chế 16-QAM [1]

Ưu điểm: kiểu điều chế này cho phép tăng dung lượng bit kênh truyền nhưngkhông làm tăng dải thông của kênh truyền Vì vậy QAM thích hợp cho các ứngdụng tốc độ cao

Nhược điểm: khi cùng một công suất phát, trường hợp nếu tăng mức điều chế thì

có thể sẽ tăng thêm lỗi

Ứng dụng: truyền hình số mặt đất, DVB-T, DiBEG…

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG OFDM

1.5 Giới thiệu chung

1.6 Khái niệm

OFDM là kỹ thuật ghép kênh phân chia theo tần số trực giao, chia toàn bộ băngtần ra thành nhiều sóng mang nhánh mà các sóng mang này phải trực giao

Hình 2-1: Sơ đồ của hệ thống [2]

1.7 Nguyên tắc cơ bản của OFDM

Trong OFDM, chuỗi dữ liệu đầu vào nối tiếp có tốc độ cao (R) sẽ được chia nhỏthành N chuỗi dữ liệu con song song (từ chuỗi dữ liệu thứ 1 đến chuỗi dữ liệu thứN), và mỗi chuỗi dữ liệu này có tốc độ thấp hơn (R/N) N chuỗi dữ liệu con đượcđiều chế bởi N sóng mang phụ trực giao, sau đó các sóng mang này được cộng lạivới nhau, phát lên kênh truyền đồng thời Tại phía quá trình thu tin thì ngược lại

Hình 2-2: Sơ đồ quá trình phát tin [2]

Tính chất trực giao của các sóng mang phụ cho phép phổ của các chuỗi tínhiệu con sau khi điều chế chồng lấn lên nhau nhưng vẫn đảm bảo được việc táchriêng biệt từng thành phần tại phía đầu thu Nhờ thế mà hiệu quả khi sử dụngbăng tần được tăng một mức đáng kể và còn tránh được nhiễu giữa các sóngmang lân cận ICI (Inter-carrier Interference)

Hình 2-3: Phổ của tín hiệu FDM và OFDM [2]

Không những thế, vì chuỗi dữ liệu nối tiếp tốc độ cao đã được chia thành cácchuỗi con có tốc độ thấp hơn (R/N) nên tốc độ ký hiệu của các chuỗi con nhỏ hơnrất nhiều so với tốc độ của chuỗi ban đầu Do vậy các ảnh hưởng của nhiễu liên ký

tự ISI, của hiệu ứng trễ trải đều được giảm Nhờ thế có thể giảm độ phức tạp củacác bộ cân bằng ở phía đầu thu

Hình 2-4: Tác động của nhiễu đến hệ thống đơn sóng mang và đa sóng mang [2]

Một ưu điểm khác nữa của kỹ thuật điều chế OFDM chính là khả năng chống lạifading chọn lọc tần số và nhiễu băng thông hẹp Xét ở hệ thống đơn sóng mang, khichỉ một tác động nhỏ của nhiễu cũng đã có thể gây ảnh hưởng lớn đến toàn bộ tínhiệu Nhưng xét đối với hệ thống đa sóng mang thì khi có nhiễu, chỉ một phần trămnhỏ của những sóng mang con bị ảnh hưởng Do đó ta có thể khắc phục bằng cácphương pháp mã hoá sửa sai

OFDM, các sóng mang con được chồng lắp với nhau nhưng vẫn có thể được khôiphục lại tín hiệu mà không có xuyên nhiễu giữa các sóng mang lân cận vì tính trựcgiao giữa các sóng mang con.

Hình 2-5: Phổ của các sóng mang trực giao [2]

1.9 Ưu và nhược điểm của hệ thống OFDM

Nếu độ dài của chuỗi bảo vệ (Guard interval length) lớn hơn trễ truyền dẫnlớn nhất của kênh thì hệ thống OFDM có thể loại bỏ được hết nhiễu liên ký tự(Intersymbol Interference- ISI)

Vì lí do ảnh hưởng của sự phân tập về tần số (frequency selectivity) đối vớichất lượng hệ thống được giảm nhiều so với hệ thống truyền dẫn đơn song mangnên có thể ứng dụng dễ dàng trong việc thiết kế hệ thống truyền băng rộng.Cấu trúc bộ thu đơn giản

Bên cạnh đó, vẫn còn những nhược điểm cơ bản:

Vấn đề chênh lệch công suất đỉnh so với công suất trung bình Khi tín hiệuđược điều chế RF, thay đổi diễn ra tương tự đối với biên độ sóng mang, tiếp đó tínhiệu này được truyền dẫn trong môi trường tuyến tính Vì khi ở tần số cao, độ tuyến

tính rất khó giữ, nên sự méo dạng tín hiệu thường xuyên xảy ra trên bộ tăng côngsuất ở bộ phát.

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG1.10 Thiết kế guide cho chương trình

Hình 3-1: Thiết kế giao diện GUIDE

Để tiện cho việc theo dõi tín hiệu tại các kiểu điều chế khác nhau, tôi tạo guide

để hiển thị các thông tin mong muốn

Ở đây, tôi mô phỏng và quan sát tín hiệu ở ngõ ra điều chế số, ngã ra fft, tín hiệuofdm phía phát, ngõ vào giải điều chế số, ngõ vào fft, tín hiệu ofdm ở phía thu

1.11 Mô phỏng điều chế ASK trong OFDM

Hình 3-2: Mô phỏng điều chế ASK trong OFDM

Nhận xét: Các tín hiệu được điều chế ở ASK chỉ có phần thực mà không có phần

ảo như điểu chế PSK hay QAM Phần tín hiệu OFDM được phát đi có các đoạn tínhiệu nhấp nhô tăng cao bất thường

1.12 Mô phỏng điều chế PSK trong OFDM

Hình 3-3: Mô phỏng điều chế PSK trong OFDM

Nhận xét: Các tín hiệu vào được điều chế PSK có biên độ tối đa là 1, các giá trịcủa phần thực và ảo được thay đổi từ -1 đến 1 tùy thuộc vào từng mức điều chếkhác nhau Các tín hiệu OFDM PSK có độ ổn định cao hơn so với OFDM điều chếASK

1.13 Mô phỏng điều chế QAM trong OFDM

Hình 3-5: Mô phỏng điều chế QAM trong OFDM

Nhận xét: Tương tự như điều chế PSK, tuy nhiên tín hiệu vào được điều chếQAM có biên độ có thể lớn hơn 1 Càng nhiều mức điều chế thì giá trị này càngcao Khi số mức tín hiệu càng cao kéo theo biên độ tín hiệu OFDM sau khi quaIFFT càng lớn

đồng thời dễ lọc bỏ nhiễu (các tần số lân cận sẽ bị bỏ qua, không sử dụng khi mộtkênh tần số bị nhiễu) Một ưu điểm quan trọng khác của hệ thống sử dụng đa sóngmang là các sóng mang riêng có thể hoạt động ở tốc độ bit nhỏ dẫn đến chu kỳ của

ký tự tương ứng sẽ được kéo dài

Thông qua đồ án này, tôi chỉ mới trình bày những điểm cơ bản nhất của hệ thốngOFDM cũng như mô phỏng một phần của hệ thống gồm các khối và điều chế số Đểnâng cao chất lượng của hệ thống này, ta có thể bổ xung thêm các kỹ thuật mã hóa,tín hiệu Pilot để ước lượng kênh truyền bên phía thu

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Hình Ảnh:

[1]: https://www.hus.edu.vn, “Các kỹ thuật điều chế số”

[2]: http://www.revolutionwifi.net, "PHY Basics: How OFDM Subcarriers Work"

% OFDM('CALLBACK',hObject,eventData,handles, ) calls the local

% function named CALLBACK in OFDM.M with the given input arguments

%

% OFDM('Property','Value', ) creates a new OFDM or raises the

% existing singleton* Starting from the left, property value pairs are

% applied to the GUI before OFDM_OpeningFcn gets called An

% unrecognized property name or invalid value makes property application

% stop All inputs are passed to OFDM_OpeningFcn via varargin

%

% *See GUI Options on GUIDE's Tools menu Choose "GUI allows only one

% instance to run (singleton)"

%

% See also: GUIDE, GUIDATA, GUIHANDLES

% Edit the above text to modify the response to help OFDM

% Last Modified by GUIDE v2.5 11-Nov-2017 16:15:25

% Begin initialization code - DO NOT EDIT

% End initialization code - DO NOT EDIT

% - Executes just before OFDM is made visible

function OFDM_OpeningFcn(hObject, eventdata, handles, varargin)

% This function has no output args, see OutputFcn

% hObject handle to figure

% eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB

% handles structure with handles and user data (see GUIDATA)

% varargin command line arguments to OFDM (see VARARGIN)

% Choose default command line output for OFDM

% - Outputs from this function are returned to the command line

function varargout = OFDM_OutputFcn(hObject, eventdata, handles)

% varargout cell array for returning output args (see VARARGOUT);

% hObject handle to figure

% eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB

% handles structure with handles and user data (see GUIDATA)

% Get default command line output from handles structure

varargout{1} = handles.output;

% - Executes on button press in pushbutton1

function pushbutton1_Callback(hObject, eventdata, handles)

% M = 4; % QPSK signal constellation

no_of_data_points = 64; % have 64 data points

block_size = 32; % size of each ofdm block

cp_len = ceil(0.1*block_size); % length of cyclic prefix

no_of_ifft_points = block_size; % 8 points for the FFT/IFFT

no_of_fft_points = block_size;

%

-% B: -% +++++ TRANSMITTER +++++

[rows_ifft_data cols_ifft_data]=size(ifft_data);

len_ofdm_data = rows_ifft_data*cols_ifft_data;

ofdm_signal = reshape(ifft_data, 1, len_ofdm_data);

%-Tin hieu ofdm phia phat

xlabel('Data Points (Time)');

% 4 Convert Data back to "parallel" form to perform FFT

recvd_signal_matrix = reshape(recvd_signal,rows_ifft_data, cols_ifft_data);

% 5 Remove CP

recvd_signal_matrix(1:cp_len,:)=[];

%-Tin hieu truoc FFT

%-Tin hieu ofdm phia thu

axes(handles.axes4);

if luachon==3

plot(real(recvd_signal_matrix),'b');

% 7 Convert to serial stream

recvd_serial_data = reshape(fft_data_matrix, 1,(block_size*num_cols));

xlabel('Data Points (Tan so)');

qam_demodulated_data = qamdemod(recvd_serial_data,M);else

function luachon_Callback(hObject, eventdata, handles)

function luachon_CreateFcn(hObject, eventdata, handles)

if ispc && isequal(get(hObject,'BackgroundColor'),

get(0,'defaultUicontrolBackgroundColor'))

set(hObject,'BackgroundColor','white');

end

% - Executes on button press in pushbutton2

function pushbutton2_Callback(hObject, eventdata, handles)

% eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB

% handles structure with handles and user data (see GUIDATA)

% Hints: contents = cellstr(get(hObject,'String')) returns luachon2 contents as cell array

% contents{get(hObject,'Value')} returns selected item from luachon2

% - Executes during object creation, after setting all properties

function luachon2_CreateFcn(hObject, eventdata, handles)

% hObject handle to luachon2 (see GCBO)

% eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB

% handles empty - handles not created until after all CreateFcns called

% Hint: listbox controls usually have a white background on Windows

% See ISPC and COMPUTER

if ispc && isequal(get(hObject,'BackgroundColor'),

get(0,'defaultUicontrolBackgroundColor'))

set(hObject,'BackgroundColor','white');

end