GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ OFDM
Đơn sóng mang
Hệ thống đơn sóng mang là một hệ thống có dữ liệu đƣợc điều chế và truyền đi chỉ trên một sóng mang
Hình 3.1Truyền dẫn sóng mang đơn
Hệ thống truyền dẫn đơn sóng mang có cấu trúc chung như hình mô tả, trong đó các ký tự phát đi được định dạng bằng bộ lọc tại phía phát Sau khi truyền qua kênh đa đường, một bộ lọc phối hợp với kênh truyền được sử dụng ở phía thu nhằm tối ưu hóa tỷ số tín hiệu trên nhiễu (SNR) tại thiết bị thu nhận dữ liệu Tuy nhiên, việc loại bỏ nhiễu giao thoa bên thu trong hệ thống đơn sóng mang là rất phức tạp, dẫn đến việc các hệ thống đa sóng mang trở nên ưu việt hơn.
Khi truyền tín hiệu bằng nhiều sóng mang thay vì chỉ một, mỗi sóng mang sẽ tải một phần dữ liệu hữu ích và phân bố đều trên băng thông Điều này giúp giảm thiểu mất mát dữ liệu, vì nếu một sóng mang bị ảnh hưởng xấu, chỉ một phần dữ liệu bị mất, trong khi các sóng mang khác vẫn có thể cung cấp thông tin cần thiết để khôi phục dữ liệu hữu ích.
Hình 4.1Cấu trúc hệ thống truyền dẫn đa sóng mang
Khi sử dụng nhiều sóng mang với tốc độ bit thấp, dữ liệu gốc được thu nhận chính xác hơn Để khôi phục dữ liệu đã mất, phương pháp sửa lỗi FFC được áp dụng Tại máy thu, mỗi sóng mang được tách biệt thông qua bộ lọc thông thường.
10 NGUYỄN THỊ HIỀN-51K2-CNTT giải điều chế Tuy nhiên, để không có can nhiễu giữa các sóng mang (ICI) phải có khoảng bảo vệ khi hiệu quả phổ kém
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) là kỹ thuật điều chế đa sóng mang cho phép truyền dữ liệu song song qua nhiều sóng mang phụ, giúp tối ưu băng thông và giảm thiểu nhiễu giữa các ký tự Để thực hiện điều này, mỗi sóng mang phụ cần một máy phát sóng sin cùng với bộ điều chế và giải điều chế riêng Tuy nhiên, khi số lượng sóng mang phụ tăng lên, việc này trở nên không khả thi Để khắc phục, khối thực hiện biến đổi IDFT/DFT được sử dụng để thay thế cho nhiều bộ dao động và điều chế Hơn nữa, thuật toán IFFT/FFT giúp thực hiện biến đổi IDFT/DFT nhanh chóng hơn, giảm số phép nhân phức tạp và tiết kiệm bộ nhớ nhờ vào khả năng tính toán tại chỗ.
Với hệ thống đa sóng mang OFDM ta có thể biểu diễn tín hiệu ở dạng sau:
Trong đó: al,k: Là dữ liệu đầu vào đƣợc điều chế trên sóng mang nhánh thứ k trong symbol OFDM thứ l
L : chiều dài tiền tố lặp (CP)
Khoảng cách sóng mang nhánh là
Giải pháp hiệu quả để khắc phục vấn đề phổ kém trong khoảng bảo vệ (Guard Period) là giảm khoảng cách giữa các sóng mang và cho phép sự trùng lặp phổ giữa các sóng mang cạnh nhau Sự trùng lặp này chỉ được phép khi khoảng cách giữa các sóng mang được xác định chính xác, đặc biệt là trong trường hợp các sóng mang trực giao với nhau Đây chính là phương pháp ghép kênh theo tần số trực giao, một kỹ thuật quan trọng trong truyền thông.
Vào năm 1980, những ý tưởng về phương pháp này đã xuất hiện, nhưng công nghệ thời điểm đó còn hạn chế, khiến việc sản xuất các bộ điều chế đa sóng với chi phí thấp theo biến đổi trở nên khó khăn.
Nguyễn Thị Hiền, sinh viên lớp 51K2 ngành CNTT, đã nghiên cứu về phương pháp nhanh Fourier IFFT Hiện nay, nhờ vào sự phát triển của công nghệ mạch tích hợp, phương pháp này đã được áp dụng rộng rãi trong thực tiễn.
Sự trực giao
Trong hệ thống OFDM, tính trực giao giữa các tần số sóng mang cho phép chúng được bố trí gần nhau mà không gây can nhiễu, giúp tối ưu hóa hiệu quả sử dụng phổ Khác với hệ thống FDM truyền thống, nơi cần khoảng bảo vệ giữa các sóng mang để đảm bảo tín hiệu thu chính xác, OFDM cho phép các dải biên của sóng mang chồng lên nhau mà vẫn duy trì tính độc lập tuyến tính Để đạt được điều này, các sóng mang phải trực giao về mặt toán học, nghĩa là khoảng cách giữa chúng phải là bội số của 1/T Trong quá trình thu nhận, máy thu sử dụng các bộ giải điều chế và dịch tần để đưa sóng mang về mức DC, từ đó phục hồi dữ liệu gốc thông qua tích phân tín hiệu nhận được trong một chu kỳ symbol Tuy nhiên, bất kỳ sự can nhiễu nào giữa các sóng mang (ICI) đều có thể làm mất đi tính trực giao này.
Hình 5.1Các sóng mang trực giao
Phần đầu của tín hiệu giúp nhận diện tính tuần hoàn của dạng sóng, nhưng lại dễ bị ảnh hưởng bởi nhiễu xuyên ký tự (ISI) Để khắc phục vấn đề này, phần đầu có thể được lặp lại, được gọi là tiền tố lặp (CP: Cycle Prefix).
Do tính trực giao, sóng mang con trong hệ thống OFDM không bị nhiễu bởi các sóng mang con khác Hệ thống này đạt hiệu quả cao nhờ kỹ thuật đa sóng mang dựa trên FFT và IFFT, cho phép xử lý băng tần gốc thay vì chỉ lọc dải thông.
5.1 Trực giao miền tần số
Tính trực giao của tín hiệu OFDM có thể được hiểu qua phổ tần số của nó Trong miền tần số, mỗi sóng mang thứ cấp OFDM có đáp tuyến tần số sinc (sin(x)/x), phản ánh thời gian symbol tương ứng với nghịch đảo của sóng mang Mỗi symbol OFDM được truyền trong một khoảng thời gian cố định (TFFT), với thời gian symbol tương ứng với nghịch đảo của khoảng cách tải phụ 1/TFFT Hz Hình dạng sóng chữ nhật trong miền thời gian dẫn đến đáp tuyến tần số sinc trong miền tần số Mỗi tải phụ có đỉnh tại tần số trung tâm và các giá trị không được đặt cân bằng theo các khoảng trống tần số bằng khoảng cách sóng mang Tính trực giao trong quá trình truyền là kết quả của đỉnh mỗi tải phụ, và tín hiệu này được phát hiện thông qua biến đổi Fourier rời rạc (DFT).
5.2 Mô tả toán học của OFDM
Mô tả toán học OFDM giải thích quy trình tạo ra tín hiệu và cách thức hoạt động của máy thu, đồng thời phân tích các tác động không hoàn hảo trong kênh truyền.
Về mặt toán học, trực giao có nghĩa là các sóng mang đƣợc lấy ra từ nhóm trực chuẩn (Orthogonal basis)
Phương pháp điều chế OFDM sử dụng rất nhiều sóng mang, vì vậy tín hiệu đƣợc thể hiện bởi công thức:
Nếu tín hiệu đƣợc lấy mẫu với tần số lấy mẫu là 1/T (với T là chu kỳ lấy mẫu), thì tín hiệu hợp thành đƣợc thể hiện bởi công thức:
Tại điểm này, khoảng thời gian tín hiệu được chia thành N mẫu, giúp việc lấy mẫu một chu kỳ của một biểu tượng dữ liệu trở nên dễ dàng hơn Mối quan hệ này cho thấy tầm quan trọng của việc giới hạn số lượng mẫu trong quá trình phân tích tín hiệu.
So sánh (1.3) với dạng tổng quát của biến đổi Fourier ngƣợc ta có:
(1.4) Biểu thức (1.3) và (1.4) là tương đương nếu:
Điều kiện yêu cầu tính trực giao là yếu tố quan trọng trong việc bảo toàn tính trực giao của tín hiệu OFDM, cho phép tín hiệu này được xác định thông qua phép biến đổi Fourier.
Các thành phần của mạng trực giao có tính độc lập tuyến tính Tập hợp các sóng mang phát đi có thể được coi là một mạng trực giao theo công thức đã định nghĩa.
Nếu tập hợp các sóng mang này trực giao thì mối quan hệ trực giao trong biểu thức (1.1)
q p j dt e j p q b khi p =q và (b-a) = τ (1.6) ( p,q là hai số nguyên)
Các sóng mang thường tách riêng ra tần số 1/, đạt đến yêu cầu của tính trực giao thì chúng được tương quan trên một thời đoạn
Tín hiệu được coi là trực giao khi chúng độc lập với nhau, cho phép truyền tải tín hiệu hoàn hảo trên một kênh chung mà không bị can nhiễu Trong OFDM, các tải phụ được sắp xếp gần nhau nhưng vẫn duy trì tính trực giao, nhờ vào việc phân bổ các tín hiệu thông tin riêng biệt cho từng tải phụ Các tín hiệu OFDM được hình thành từ tổng các sóng hình sin, với mỗi sóng tương ứng với một dải phụ Dải tần số cơ bản của mỗi tải phụ được chọn là số nguyên lần thời gian symbol, đảm bảo rằng các tải phụ có số nguyên chu kỳ trong một symbol và chúng trực giao với nhau.
Hình 5.2 Thêm CP vào symbol OFDM
Vì dạng sóng là tuần hoàn và chỉ đƣợc mở rộng bằng Tcp Lúc này tín hiệu đƣợc biểu diễn trong khoảng mở rộng [0,T) là:
N k k k t x t s (1.7) Ở đây Ф k (t)tạo thành tập hợp các hàm cơ sở trực giao t kf j k k ( t ) A e 2 1
Một sự lựa chọn hợp lý cho biên độ/pha
Phần hữu ích của tín hiệu hiệuhiệu
Và tín hiệu cuối cùng
Nhƣ vậy, trong ghép kênh phân chia theo tần số trực giao, khoảng cách sóng mang tương đương với tốc độ bit của bản tin
Việc xử lý tín hiệu OFDM được thực hiện trong miền tần số thông qua các thuật toán DSP (Digital Signal Processing) Nguyên tắc tính trực giao, dựa trên nghiên cứu các vector, đóng vai trò quan trọng trong quá trình này Hai vector được coi là trực giao khi chúng vuông góc với nhau, nghĩa là tạo thành góc 90 độ và tích của chúng bằng 0 Điều này có nghĩa là khi nhân hai tần số với nhau và tổng hợp các tích, kết quả sẽ bằng 0.
Hình 5.3 Tích của hai vector trực giao bằng 0
Hàm số thông thường có giá trị bằng 0
Ví dụ: Giá trị trung bình của hàm sin sau:
Quá trình tích phân giúp xác định diện tích dưới đường cong, và diện tích của sóng sin có thể được biểu diễn như sau:
Hình5.4: Giá trị của sóng sine bằng 0
Nếu chúng ta cộng và nhân (tích phân) hai dạng sóng sin có tần số khác nhau, kết quả cũng sẽ bằng 0
Tính trực giao của sóng sine được thể hiện qua tích phân của hai sóng sine có tần số khác nhau, cho thấy rằng nếu hai sóng sin không cùng tần số, tích phân của chúng sẽ bằng 0 Điều này là cơ sở quan trọng để hiểu quá trình điều chế OFDM.
Hình 5.6 Tích hai sóng sine cùng tần số
Khi hai sóng sin có cùng tần số, dạng sóng hợp thành sẽ luôn dương và giá trị trung bình của nó không bao giờ bằng không Điều này rất quan trọng trong quá trình điều chế OFDM Các máy thu OFDM sử dụng kỹ thuật xử lý tín hiệu số, cụ thể là biến đổi nhanh Fourier (FFT), để chuyển đổi tín hiệu thu được từ miền tần số.
Nhiều lý thuyết chuyển đổi đƣợc thực hiện bằng chuỗi trực giao Từ phân tích trên, ta có thể rút ra kết luận:
Để cải thiện hiện tượng không đồng nhất của đáp tuyến kênh, việc sử dụng nhiều sóng mang là cần thiết Mỗi sóng mang chỉ chiếm một phần nhỏ băng thông, do đó, ảnh hưởng của đáp tuyến kênh đến dữ liệu tổng thể sẽ không lớn.
Số sóng mang nên được tối ưu hóa để tăng cường hiệu suất, tuy nhiên cần đảm bảo khoảng bảo vệ giữa các sóng mang để tránh can nhiễu Để tận dụng hiệu quả nhất, việc sử dụng các sóng mang trực giao là lý tưởng, vì chúng có thể chồng chéo mà không gây ra sự can thiệp lẫn nhau.
Các kỹ thuật điều chế trong OFDM
Trong hệ thống OFDM, tín hiệu đầu vào được biểu diễn dưới dạng bit nhị phân, dẫn đến việc điều chế là quá trình điều chế số có thể tùy chỉnh dựa trên yêu cầu hoặc hiệu suất băng thông kênh Hình thức điều chế được xác định bởi số bit đầu vào M và số phức đầu ra dn = an + bn, trong đó các ký tự an, bn có thể được lựa chọn từ {±1,±3} cho 16 QAM và {±1} cho QPSK.
Mô hình điều chế đƣợc sử dụng tùy vào việc dụng hòa giữa yêu cầu tốc độ truyền dẫn và chất lƣợng truyền dẫn
Trong hệ thống điều chế BPSK, các tín hiệu s1(t) và s2(t) được sử dụng để biểu diễn các ký hiệu nhị phân "0" và "1".
Trong đó: T b : Độ rộng của 1bit
Năng lượng của một bit được xác định bởi góc pha θ(t), trong đó góc pha này thay đổi theo tín hiệu điều chế Góc pha ban đầu θ có giá trị cố định từ 0 đến 2π và không ảnh hưởng đến quá trình phân tích, vì vậy có thể đặt θ bằng 0.
19 NGUYỄN THỊ HIỀN-51K2-CNTT i = 1 : tương ứng với symbol 0 i = 2 : tương ứng với symbol 1
Mỗi cặp sóng mang hình sine đối pha 180 0 nhƣ trên đƣợc gọi là các tín hiệu đối cực
Nếu chọn một hàm năng lƣợng cơ sở là: b c b
Ta có thể biểu diễn BPSK bằng một không gian tín hiệu một chiều (N=1) với hai điểm bản tin (M=2) : S 1 = E b , S 2 = - E b nhƣ hình sau:
Hình 6.1 : Biểu đồ không gian tín hiệu BPSK
Khi tín hiệu điều chế BPSK truyền qua kênh bị ảnh hưởng bởi nhiễu Gauss trắng cộng (AWGN), xác suất lỗi bit trong quá trình giải điều chế được xác định bằng công thức cụ thể.
N 0 : Mật độ nhiễu trắng cộng
6.2 Điều chế QPSK Đây là một trong những phương pháp thông dụng nhất trong truyền dẫn Công thức cho sóng mang đƣợc điều chế PSK 4 mức nhƣ sau:[7]
(1.14) Với θ pha ban đầu ta cho bằng 0
Trong đó, i = 1,2,3,4 tương ứng là các ký tự được phát đi là "00", "01", "11", "10"
T= 2.T b (T b : Thời gian của một bit, T: thời gian của một ký tự)
E : năng lƣợng của tín hiệu phát triển trên một ký tự
(1.16) Chọn các hàm năng lƣợng trực chuẩn nhƣ sau: πf t t T t T Φ 2 sin(2 c ) 0
Vậy, bốn bản tin ứng với các vector đƣợc xác định nhƣ sau:
Quan hệ của cặp bit điều chế và tọa độ của các điểm tín hiệu điều chế QPSK trong tín hiệu không gian đƣợc cho trong bảng sau:
Pha của tín hiệu QPSK Điểm tín hiệu
Tọa độ các điểm bản tin
Ta thấy một tín hiệu PSK 4 mức đƣợc đặc trƣng bởi một vector tín hiệu hai chiều và bốn bản tin nhƣ hình vẽ
Hình 6.2 Biểu đồ tín hiệu tín hiệu QPSK
Xem bảng ta thấy, mức '1' thay đổi vào E, còn logic '0' thì biến đổi vào
E.Vì cùng một lúc phát đi một symbol nên luồng vào phải phân thành hai tương ứng và được biến đổi mức rồi nhân rồi nhân với hai hàm trực giao tương ứng.[7]
Trong hệ thống PSK, các thành phần đồng pha và vuông pha kết hợp tạo tín hiệu đường bao không đổi Khi tách biệt các thành phần này, ta có sơ đồ điều biên cầu phương điều chế biên độ sóng mang QAM, nơi sóng mang được điều chế cả về biên độ lẫn pha Điều chế QAM mang lại lợi ích lớn trong việc tăng dung lượng truyền dẫn số.
Dạng tổng quát của điều chế QAM, 14 mức (m-QAM) đƣợc xác định nhƣ sau:
E 0 : năng lƣợng của tín hiệu có biên độ thấp nhất a i , b i : cặp số nguyên độc lập đƣợc chọn tùy theo vị trí bản tin
Tín hiệu sóng mang bao gồm hai thành phần vuông góc, được điều chế từ một tập hợp các bản tin tín hiệu rời rạc, do đó được gọi là "điều chế tín hiệu vuông góc".
Có thể phân tích S i (t) thành cặp hàm cơ sở:[7]
Hình 6.3: Chùm tín hiệu M-QAM
Giản đồ IQ (Inphase Quadrature) trong sơ đồ điều chế thể hiện vector truyền cho tất cả các liên hợp từ dữ liệu Mỗi liên hợp từ dữ liệu cần được phân phối một vector riêng biệt để đảm bảo tính chính xác trong quá trình truyền tải.
Mã Gray là một phương pháp phân phối đặc biệt, trong đó các điểm cạnh nhau trong vòm sao chỉ khác nhau một bit Phương pháp này giúp giảm tỷ lệ lỗi bit tổng thể, nhờ vào việc giảm khả năng xảy ra nhiều lỗi bit từ một lỗi symbol đơn.
Mã Gray có thể đƣợc sử dụng cho tất cả các sơ đồ điều chế PSK ( QPSK, 8-PSK, 16-PSK) và QAM(16-QAM,64-QAM,256-QAM )
7 Ƣu nhƣợc điểm của OFDM
Qua bản chất của OFDM, ta có thể tóm tắt những ƣu điểm và nhƣợc điểm của OFDM nhƣ sau
- OFDM tăng hiệu suất sử dụng bằng cách cho phép chồng lấp những sóng mang con
Các hệ thống OFDM có khả năng chống chịu fading tốt hơn so với các hệ thống sóng mang đơn nhờ vào việc chia kênh thông tin thành nhiều kênh con phẳng và hẹp.
- 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
Hệ thống OFDM có khả năng khôi phục các symbol bị mất nhờ vào việc chèn kênh và mã kênh thích hợp, giúp giảm thiểu tác động của hiện tượng lựa chọn tần số trên các kênh truyền.
- Kỹ thuật cân bằng kênh trở nên đơn giản hơn kỹ thuật cân bằng kênh thích ứng đƣợc 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
Ngoài những ƣu điểm trên thì OFDM cũng có những hạn chế
Ký hiệu OFDM có độ nhạy cao với nhiễu biên độ và khoảng động lớn, điều này gây bất lợi khi áp dụng trong các hệ thống thông tin thực tế do giới hạn công suất Tỷ số PARR cao có thể dẫn đến nhiễu xuyên điều chế khi sử dụng bộ khuếch đại công suất ở miền bão hòa Hơn nữa, tín hiệu OFDM với tỷ số PARR lớn sẽ làm tăng độ phức tạp của các bộ chuyển đổi từ analog sang digital và ngược lại Việc rút ngắn tín hiệu cũng gây ra méo nhiễu trong băng và bức xạ ngoài băng.
Hệ thống OFDM nhạy cảm hơn với tần số offset và sự trượt của sóng mang so với các hệ thống đơn sóng mang Vấn đề đồng bộ tần số trong OFDM phức tạp hơn, vì tần số offset gây nhiễu cho các sóng mang con trực giao, dẫn đến nhiễu liên kênh và làm giảm hiệu suất của bộ giải điều chế Do đó, đồng bộ tần số là nhiệm vụ thiết yếu cần đạt được trong bộ thu OFDM.
+ADSL-truyền dữ liệu tốc độ cao sử dụng đường dây điện thoại cố định
+Truyền hình số mặt đất DBV-T
PHẦN 2:MÔ PHỎNG HỆ THỐNG OFDM THEO CHUẨN DVB-T
1.Hệ thống OFDM và chuẩn DVB-T
Phân chia tần số trực giao (OFDM) là kỹ thuật điều chế được ưu tiên trong truyền thông không dây nhờ khả năng cung cấp tốc độ dữ liệu cao trên các kênh radio hạn chế Bài viết này sẽ mô phỏng quy trình tạo ra và tiếp nhận tín hiệu OFDM trong một kênh vật lý, đồng thời mô tả các bước thực hiện Chúng ta sẽ lấy ví dụ từ tín hiệu OFDM được đề xuất trong chuẩn DVB cho dịch vụ truyền hình kỹ thuật số mặt đất châu Âu (DTV).
Lược đồ OFDM bao gồm nhiều kênh con với băng thông hẹp, cho phép truyền song song và phân chia băng thông từ một kênh có sẵn Việc tối ưu hóa số lượng sóng mang con trong trải phổ là rất quan trọng Hệ thống OFDM cần phải kiểm soát nhiễu đa đường tại phía nhận, vì truyền đa đường gây ra suy yếu tần và nhiễu giữa các ký hiệu (ISI) Mặc dù mô hình "phẳng" của kênh băng thông hẹp có thể khắc phục vấn đề này, nhưng tốc độ điều chế ký tự chậm có thể làm giảm hiệu quả Sử dụng mã sửa lỗi kết hợp với điều chế theo thời gian và tần số có thể hạn chế suy yếu tần, trong khi thêm chu kỳ bảo vệ giữa các ký tự OFDM giúp giảm thiểu hiệu ứng ISI, do đó không cần thiết phải thay đổi cường độ tín hiệu tại phía nhận.
Ứng dụng của OFDM
+ADSL-truyền dữ liệu tốc độ cao sử dụng đường dây điện thoại cố định
+Truyền hình số mặt đất DBV-T
PHỎNG HỆ THỐNG OFDM THEO CHUẨN DVB-T
1.Hệ thống OFDM và chuẩn DVB-T
Phân chia tần số trực giao (OFDM) là kỹ thuật điều chế được lựa chọn trong truyền thông không dây, mang lại tốc độ dữ liệu cao và khả năng hoạt động hiệu quả trên các kênh radio hạn chế Bài viết này sẽ mô phỏng các quy trình xử lý liên quan đến việc tạo ra và tiếp nhận tín hiệu OFDM trong một kênh vật lý, đồng thời mô tả các bước thực hiện Chúng tôi sẽ sử dụng tín hiệu OFDM trong tiêu chuẩn Video Broadcasting (DVB) cho dịch vụ truyền hình kỹ thuật số (DTV) tại châu Âu làm ví dụ minh họa.
Lược đồ OFDM bao gồm nhiều kênh con băng thông hẹp, cho phép truyền song song và phân chia băng thông từ một kênh có sẵn Mục tiêu chính là tối ưu hóa việc nén sóng mang con vào trải phổ Hệ thống OFDM cần quản lý nhiễu đa đường ở phía nhận, nơi truyền đa đường gây ra suy yếu tần và nhiễu giữa các ký hiệu (ISI) Mô hình kênh băng thông hẹp có thể khắc phục vấn đề này, nhưng với tốc độ điều chế ký tự chậm, các ký tự sẽ được tạo ra chậm hơn so với đáp ứng xung của kênh Việc sử dụng mã sửa lỗi cùng với điều chế theo thời gian và tần số giúp hạn chế suy yếu tần, trong khi chu kỳ bảo vệ phụ giữa các ký tự OFDM giảm thiểu hiệu ứng ISI, do đó không cần thiết phải thay đổi cường độ tín hiệu bên nhận.
Trong sơ đồ khối của tiêu chuẩn DVB-T châu Âu, hầu hết các quá trình được thực hiện trong bộ xử lý tín hiệu số (DSP), nhưng các hạn chế xảy ra trong các kênh vật lý, ảnh hưởng đến tín hiệu đầu ra của hệ thống Nghiên cứu sẽ tập trung vào khối OFDM, D/A và Front End Chúng ta sẽ chỉ xem xét quy định truyền trong chuẩn DVB-T và mô tả một hệ thống nhận chung, đóng vai trò là hệ thống thu nhận hoàn chỉnh.
Hình 1.1 Sơ đồ máy phát DVB-T
Công thức mô tả chi tiết một ký hiệuOFDM bắt đầu tại thời điểm t=t s nhƣ sau:
Trong đó: d i là các ký hiệu điều chế dạng phức
N s là số sóng mang con
T là chu kỳ của ký hiệu f c là tần số sóng mang
Từ công thức (2.1) áp dụng theo chuẩn DVB-T để tạo tín hiệu ta có biểu thức: max min
28 NGUYỄN THỊ HIỀN-51K2-CNTT k: số lƣợng sóng mang l: số lƣợng ký hiệu OFDM m: số lƣợng khung truyền
K: số lƣợng đã đƣợc chuyển đi
T U : nghịch đảo của độ rộng sóng mang
Quãng cách thời gian bảo vệ (∆) là yếu tố quan trọng trong việc xác định tần số trung tâm (f c) của các tín hiệu trong giải tần Radio Chỉ số sóng mang (k′) liên quan đến tần số trung tâm được tính theo công thức k′ = k - (K max – K min)/2, giúp tối ưu hóa việc truyền tải tín hiệu.
C m,0,k : ký hiệu phức cho sóng mang k của ký hiệu dữ liệu số 1 trong khung m
C m,1,k : ký hiệu phức cho sóng mang k của ký hiệu dữ liệu số 2 trong khung m
Ký hiệu C m,67,k đại diện cho sóng mang k của dữ liệu số 68 trong khung m Hệ thống được mô tả đã được thử nghiệm và hoạt động từ tháng 3 năm 1997 Mô phỏng tập trung vào chế độ 2k của chuẩn DVB-T, được thiết kế cho thu nhận di động của chuẩn DTV Tín hiệu OFDM được truyền trong các khung, mỗi khung có chu kỳ thời gian T F và bao gồm 68 ký hiệu OFDM Bốn khung tạo thành một siêu khung, với mỗi ký hiệu được tạo ra từ 1.705 sóng mang ở chế độ 2k, truyền đi trong khoảng thời gian T S Khoảng thời gian hữu ích T U và khoảng thời gian chèn bảo vệ Δ kết hợp tạo thành T S.
Bảng giá trị các tham số OFDM trong chế độ 2k đƣợc mô tả ở bảng :
Value of carrier number K min 0
Spacing between carriers K min and max ( 1) / U
Duration of symbol part T U 2,048xT
Duration of guard interval 512xT
Hệ thống OFDM nhạy cảm với tần số offset và sự trượt của sóng mang hơn so với các hệ thống đơn sóng mang, dẫn đến việc đồng bộ tần số trở nên phức tạp hơn Tần số offset gây nhiễu cho các sóng mang con trực giao, làm gia tăng nhiễu liên kênh và ảnh hưởng nghiêm trọng đến hiệu suất của bộ giải điều chế Do đó, đồng bộ tần số là nhiệm vụ thiết yếu trong bộ thu OFDM Nội dung tiếp theo sẽ tập trung vào việc nghiên cứu phần thu của hệ thống OFDM.
Một máy thu về cơ bản là nghịch đảo của các thành phần bên phát, chúng ta có sơ đồ nhƣ hình 3.1
Hình 3.1 Sơ đồ máy thu phát
Việc OFDM nhạy cảm với các độ lệch về thời gian và tần số có thể xảy ra ngay cả trong môi trường mô phỏng lý tưởng Đặc biệt, độ trễ do các thao tác lọc trong quá trình xây dựng lại và giải điều chế có thể lên tới t d d/Rs, gây cản trở trong việc thu nhận tín hiệu Độ trễ này là nguyên nhân dẫn đến sự khác biệt nhỏ giữa tín hiệu truyền và tín hiệu thu Kết quả mô phỏng toàn bộ quá trình xử lý theo sơ đồ 3.1 được minh họa từ hình 3.2 đến hình 3.9.
Frequency (MHz) P o w e r/ fr e q u e n c y ( d B /H z ) Welch Power Spectral Density Estimate
Frequency (MHz) P o w e r/ fr e q u e n c y ( d B /H z ) Welch Power Spectral Density Estimate
Frequency (MHz) P o w e r/ fr e q u e n c y ( d B /H z ) Welch Power Spectral Density Estimate
KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI
Kỹ thuật ghép kênh phân chia theo tần số trực giao (OFDM) là một công nghệ tiên tiến cho truyền thông tương lai, đang được nghiên cứu và ứng dụng một cách khẩn trương Nghiên cứu tập trung vào các vấn đề kỹ thuật chính trong hệ thống OFDM, bao gồm ước lượng kênh, đồng bộ và ứng dụng của OFDM trong truyền dẫn tín hiệu.
Hệ thống OFDM với khả năng chống hiệu ứng đa đường động vượt trội đã mang lại cho ngành truyền hình hai khả năng mới mà cả truyền hình tương tự và truyền hình số theo tiêu chuẩn trước đây không thể đạt được.
- Khả năng thu di động các dịch vụ truyền hình quảng bá
Mạng đơn tần (SFN) có khả năng tạo ra một phạm vi rộng, giúp giải quyết vấn đề khó khăn khi các máy phát cạnh nhau sử dụng chung một tần số trong hệ thống truyền hình tương tự và hệ thống thông tin Để đảm bảo hiệu quả, cần có sự quy hoạch tần số cẩn thận và các phương án tái sử dụng tần số Mạng SFN bao gồm nhiều máy phát hoạt động trên cùng một tần số và phát cùng một nội dung, với mỗi máy phát tuân theo các quy tắc cụ thể.
- Phát cùng một tần số
- Phát cùng một dữ liệu
Mạng SFN (Single Frequency Network) là một giải pháp khả thi nhờ vào công nghệ OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing), cho phép thu nhiều tín hiệu từ các trạm phát khác nhau như các trễ nhân tạo Ứng dụng của SFN trong công nghệ phát sóng truyền hình mang lại bước đột phá với khả năng khai thác dày đặc các máy phát hoạt động cùng tần số, trong khi tài nguyên tần số băng tần UHF/VHF ngày càng hạn hẹp Việc nghiên cứu các kỹ thuật trong hệ thống OFDM sẽ mở ra nhiều ứng dụng mới trong lĩnh vực thông tin vô tuyến, kết hợp giữa các phương pháp điều chế cổ điển và các phương pháp đa truy cập vô tuyến, nhằm phục vụ cho các mạch vòng vô tuyến hiệu quả hơn.
Hệ thống đa truy cập cá nhân tế bào dựa trên OFDM, như OFDM-TDMA và MC-TDMA, đang được nghiên cứu và phát triển như một thế hệ tiếp theo của các hệ thống vô tuyến nhiều người sử dụng, bao gồm các ứng dụng trong tuyến nội hạt và LAN vô tuyến, cũng như dịch vụ truyền thông cá nhân.
Mặc dù em đã nỗ lực hết mình, nhưng do kiến thức còn hạn chế nên đồ án này không tránh khỏi một số sai sót Em hy vọng sẽ rút ra được những kinh nghiệm quý báu từ quá trình thực hiện Em xin chân thành cảm ơn tất cả các Thầy, Cô đã hỗ trợ em hoàn thành đồ án này.