kỹ thuật OFDM và ứng dụng

Tần số gốc của từng sóng mang con sẽ bằng một số nguyên lần nghịch đảo thời gian tồn tại của symbol.. Như vậy trong thời gian tồn tại symbol, mỗi sóng mang sẽ có một số nguyên lần chu kỳ

KỸ THUẬT OFDM VÀ ỨNG DỤNG

SV: PHAN VĂN HỢP BÙI QUANG DŨNG

I TỔNG QUAN VỀ OFDM

 Kỹ thuật OFDM bắt nguồn từ kỹ thuật FDM (ghép kênh theo tần số).Trong FDM các sóng mang con được đặt cách nhau một khoảng tần số Do đó giữa các sóng mang có một khoảng tần số không sử dụng để mang tin tức

 Kỹ thuật ghép kênh phân chia tần số trực giao

(OFDM_Orthogonal Frequency Division Multiplexing) là kỹ thuật điều chế đa sóng mang Kỹ thuật này phân chia dải tần cho phép thànhrất 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 các sóng mang trực giao Điều này cho phép ghép chồng phổ giữa

các sóng mang mà không gây nhiễu Do đó sử dụng dải thông

một cách có hiệu quả

II TRỰC GIAO TRONG OFDM

 Tín hiệu được gọi là trực giao nhau nếu chúng độc lập với

nhau Trực giao là một đặc tính cho phép nhiều tín hiệu mang tin được truyền đi trên kênh truyền thông thường mà không có nhiễu giữa chúng Mất tính trực giao giữa các tín hiệu sẽ gây ra

sự rối loạn giữa các tín hiệu, làm giảm chất lượng thông tin

 OFDM đạt được sự trực giao bằng cách điều chế tín hiệu vào một tập các sóng mang trực giao Tần số gốc của từng sóng

mang con sẽ bằng một số nguyên lần nghịch đảo thời gian tồn tại của symbol Như vậy trong thời gian tồn tại symbol, mỗi sóng mang sẽ có một số nguyên lần chu kỳ khác nhau, mặc dù phổ tần của chúng chồng lấn lên nhau nhưng chúng không gây nhiễu cho nhau

 Tính trực giao của các sóng mang con thể hiện ở chỗ: tại mỗi đỉnh của một sóng mang con bất kỳ trong nhóm thì các sóng

mang con khác bằng 0 Ở phía thu, khi dùng DFT để tách sóng tín hiệu OFDM thì phổ của nó không còn là liên tục mà là các mẫu rời rạc Các mẫu đó được biểu diễn bởi các khuyên tròn (o) trên hình vẽ Nếu DFT được đồng bộ thời gian thì tần số mẫu của DFT sẽ tương ứng với đỉnh của các sóng mang con Và cứ như vậy thì sự chồng phổ của các sóng mang con không ảnh

hưởng đến máy thu

III NGUYÊN LÝ THU PHÁT OFDM

IV NHIỄU TRONG OFDM

NHIỄU ISI

 Tín hiệu có biểu diễn càng trải dài trong miền thời gian thì có

phổ càng hẹp trong miền tần số và ngược lại, tín hiệu có phổ

trong miền tần số càng rộng thì biểu diễn trong miền thời gian

càng hẹp

Tín hiệu cần truyền qua kênh có biểu diễn trong miền thời gian là hẹp ( vì chỉ trong thời gian t rất ngắn) vì thế nó có phổ tần số rất rộng Trong khi đó kênh truyền tin thì có băng thông có hạn nên khi phát tín hiệu qua kênh phổ tần của tín hiệu bị băng tần cho phép của kênh cắt ngắn Do đó tín hiệu thu đc có phổ tần hẹp Khi chuyển qua miền thời gian thì nó lại là kéo dài nên 2 tín hiệu gần nhau có phần kéo dài chồng lấn lên nhau gây ra nhiễu ISI

 Như ta đã biết, dải thông của một tín hiệu OFDM sẽ bằng dải thông cho trước ở trên chia cho N sóng mang con Do vậy tốc

độ bit của mỗi tín hiệu OFDM sẽ nhỏ hơn N lần tốc độ bit trên một sóng mang trong hệ thống đơn sóng mang Tốc độ symbol trên sóng mang con thấp tạo cho OFDM có khả năng chịu ISI rất tốt

 Tuy nhiên, còn có thể cải thiện hơn nữa khả năng chịu ISI của

hệ thống OFDM bằng cách chèn thêm các dải bảo vệ vào trước mỗi symbol Dải bảo vệ của mỗi symbol là một phần bản sao của chính symbol đó, thường thì người ta hay dùng phần cuối của symbol làm dải bảo vệ

 Chèn thêm dải bảo vệ làm thời gian truyền của symbol tăng lên,

do đó làm tăng khả năng chịu ISI Mỗi sóng mang con mang một phần tin tức của 1 symbol, dùng một phần symbol làm dải bảo vệ còn tạo cho việc truyền dẫn được liên tục, không có sự ngắt quãng giữa các symbol

NHIỄU ICI

ICI là hiện tượng phổ biến trong các hệ thống đa sóng mang Trong hệ thống OFDM, ICI còn được gọi là nhiễu giao thoa giữa các sóng mang con, là hiện tượng năng lượng phổ của các sóng mang con chồng lấn quá mức lên nhau làm phá vỡ tính trực giao của các sóng mang con.

ICI xảy ra do tính chọn lọc tần số của kênh pha đinh (kênh pha đinh chọn lọc tần số), nguyên nhân chính là hiện tượng dịch Doppler do tính di động của máy thu Hậu quả là

sẽ không phân biệt được ranh giới giữa các ký hiệu truyền trên các sóng mang con, dẫn đến phía thu sẽ quyết định sai ký hiệu mất tính trực giao

Có thể hạn chế ICI bằng cách chèn khoảng thời gian bảo vệ một cách tuần hoàn, và

VI ƯU ĐIỂM VÀ NHƯỢC ĐIỂM CỦA OFDM

Ưu điểm

 Sử dụng có hiệu quả băng thông vì các kênh con có thể chồng gối lên nhau mà gây nhiễu rất ít do các sóng mang con trực giao với nhau

 OFDM cho phép truyền dẫn tốc độ cao trong môi trường di

động vì chu kỳ tín hiệu tăng nên dung sai trải trễ của hệ thống tăng và hiệu quả sử dụng phổ tần cao của công nghệ OFDM

 Chu kỳ ký tự tăng lên vì vậy độ nhạy cảm của hệ thống với trải rộng trễ giảm xuống

Nhược điểm

 Tín hiệu OFDM bị ảnh hưởng bởi méo phi tuyến của

bộ khuếch đại công suất phía phát vì nó là tổ hợp của điều chế biên độ - tần số,

 OFDM nhạy cảm với độ dịch tần số sóng mang

 Ở bên thu khó quyết định thời điểm bắt đầu FFT

VII ỨNG DỤNG CỦA OFDM

Một kênh OFDM có thể truyền một vài chương trỡnh phát

thanh, mỗi chương trỡnh có thể có chất lượng thay đổi mono hay stereo Mỗi kênh audio được mã hóa được mã hóa âm thanh với tốc độ từ 32 Kbps đến 382 Kbps Dòng bít này đư

ợc mã hóa vòng xoắn với tốc độ mã 1/2 và được cài xen

(interleaving) Các dòng bít được ghép kênh theo thời gian

và đưa tới bộ điều chế OFDM Tốc độ bit tổng cộng là 3.2 Mbps Bởi vỡ tốc độ của các kênh audio được truyền trong một kênh OFDM cũng thay đổi theo Một hệ thống điển hỡnh truyền 6 kênh audio với tốc độ 192 Kbps

2 truyền HèNH số dvb.

Truyền hỡnh số quảng bá DVB (Digital

Video Broadcasting) là một khái niệm rộng bao gồm truyền hỡnh, các ứng dụng đa phương tiện

di động (Mutilmedia Mobile Aplication) và các dịch vụ cung cấp d liệu không dây ữ

dịch vụ cung cấp d liệu không dây ữ

OFDM được sử dụng trong truyền hỡnh số DVB vỡ:

 Loại bỏ nhiễu: sự tồn tại đồng thời của truyền hỡnh số và truyền hỡnh tương tự yêu cầu hệ thống tuyệt đối không gây nhiễu với truyền hỡnh tương tự và các nhiễu băng hẹp khác, bởi vỡ truyền hỡnh tương tự rất nhạy cảm với nhiễu

 Hiệu ứng đa đường: sóng truyền theo nhiều đường tới máy thu với trễ truyền dẫn khác nhau là nguyên nhân chính làm suy

giảm chất lượng các kênh truyền hỡnh mặt đất Kiến trúc mạng

đơn tần SFN của DVB tạo ra nhiều tín hiệu cùng tới máy thu từ các trạm phát khác nhau và do phản xạ thông thường Sự tồn tại của nhiều tín hiệu với độ trễ khác nhau tại máy thu yêu cầu một kỹ thuật điều chế mạnh để chống lại hiệu ứng này OFDM cho phép loại bỏ hoàn toàn hiệu ứng đa đường miễn là độ dại của khoảng bảo vệ GI được thiết kế một cách hợp lý

3 mạng lan không dây (wireless lan)

Đặc tính của Wireless LAN là tốc độ cao, tính di

động thấp, độ trải trễ truyền dẫn thấp và thường được

sử dụng ở môi trường trong nhà Do đó Wireless LAN chọn phương thức điều chế OFDM:

 OFDM giải quyết được khó khăn của Wireless LAN

là bị phản xạ đa đường lớn do các vật thể ở trong nhà gây nên Mặc dù độ trải trễ do phản xạ đa đường là

nhỏ nhưng do truyền dẫn tốc độ cao, chu kỳ symbol nhỏ nên ảnh hưởng của trễ đa đường tới hệ thống

Wireless LAN là rất lớn.

 Thích hợp với tốc độ truyền thay đổi.

 Chống nhiễu băng hẹp tốt Nhiễu băng hẹp gây ra do nhiều người sử dụng và do các thiết bị khác gây ra.

 Hiệu quả tính toán cao: sử dụng biến đổi Fourier

nhanh FFT cho phép giảm độ phức tạp xuống.

 đồng bộ tốt: máy thu OFDM ít chịu ảnh hưởng của jitter thời gian hơn so với dùng kỹ thuật trải phổ.

3 đường dây thuê bao số bất đối xứng.

Đường truyền thuê bao số bất đối xứng ADSL là công nghệ được ứng dụng và phát triển nhiều vỡ nó tư

ơng thích với các hệ thống hiện tại và phù hợp với nhu cầu của người dùng ADSL truyền tải cả thông tin số

và tương tự trên một đôi dây đồng Kênh truyền dẫn ADSL có thể chia thành nhiều kênh số liệu tốc độ cao

và cùng lúc phục vụ cho cả tín hiệu thoại.

D liệu sau khi được đóng khung được đưa vào mã D liệu sau khi được đóng khung được đưa vào mã ữ ữ hóa để phát hiện và sửa lỗi ở phía thu ADSL cũng sử dụng chuỗi mã hóa gồm mã khối, mã vòng xoắn và cài xen Tiếp đó tín hiệu sẽ được kết hợp với pilot rồi qua bộ biến đổi d liệu nối tiếp thành nh ng dòng số ữ ữ

qua bộ biến đổi d liệu nối tiếp thành nh ng dòng số ữ ữ

song song có tốc độ thấp hơn Các dòng số song song này sẽ được điều chế QAM và thực hiện thuật toán IFFT để điều chế DMT Sau đó tín hiệu đã được điều chế sẽ được biến đổi thành nối tiếp và chèn thêm

khoảng bảo vệ CP để chống ISI, đồng bộ khung Cuối cùng tín hiệu số được qua bộ DAC biến đổi thành tín