BÁO cáo CHUYÊN đề học PHẦN MẠNG KHÔNG dây và DI ĐỘNG đề tài trình bày về điều chế OFDM, ứng dụng trong mạng thông tin di động và mô phỏng matlab

TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC
KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

BÁO CÁO CHUN ĐỀ HỌC PHẦN
MẠNG KHƠNG DÂY VÀ DI ĐỘNG

ĐÊ TAI:
Trình bày về điều chế OFDM, ứng dụng trong mạng thông tin di
động và mô phỏng matlab.
Sinh viên thực hiện

: NGUYỄN VĂN DOANH - 19810310643

Giảng viên hướng
dẫn

: TRẦN VĂN NGHĨA

Ngành

: ĐIỆN TỬ VIỄN THƠNG

Lớp

: D14CNPM5

Khóa

: 2019-2024

Hà Nội, tháng 3 năm 2022

TIEU LUAN MOI download : moi nhat


I. Giới thiệu về OFDM
1. Lịch sử phát triển
Trong những năm gần đây, phương thức ghép kênh phân chia theo tần số
trực giao OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) không ngừng
được nghiên cứu và mở rộng phạm vi ứng dụng bởi những ưu điểm của nó trong
tiết kiệm băng tần và khả năng chống lại Fading chọn lọc theo tần số cũng như
xuyên nhiễu băng hẹp.
Kỹ thuật điều chế OFDM là một trường hợp đặc biệt của phuơng pháp
điều chế đa sóng mang trong đó các sóng mang phụ trực giao với nhau, nhờ vậy
phổ tín hiệu ở các sóng mang phụ cho phếp chồng lấn lên nhau mà phía thu vẫn
có thể khơi phục lại tín hiệu ban đầu. Sự chồng lẫn phổ tín hiệu làm cho hệ thống
OFDM có hiệu suất sử dụng phổ lớn hơn nhiều so với các kỹ thuật điều chế
thơng thường. Nhờ đó OFDM là chia dòng dữ liệu tốc độ cao thành các dòng dữ
liệu tốc độ thấp hơn và phát đồng thời trên một số các sóng mang, ta thấy rằng
trong một số điều kiện cụ thể, có thể tăng dung lượng đáng kể cho hệ thống
OFDM bằng cách làm thích nghi tốc độ dữ liệu trên mỗi sóng mang tuỳ theo tỷ
số tín trên tạp SNR của sóng mang đó.
Kỹ thuật OFDM do R.W Chang phát minh năm 1966 ở Mỹ. Trải qua 40
năm hình thành và phát triển nhiều cơng trình khoa học về kỹ thuật này đã được
thực hiện ở khắp nơi trên thế giới. Đặc biệt là các công trình của Weistein và
Ebert, người đã chứng minh rằng phép điều chế OFDM có thể thực hiện bằng
phép biến đổi IDFT và phép giải điều chế bằng phép biến đổi DFT. Phát minh
này cùng với sự phát triển của kỹ thuật số làm cho kỹ thuật điều chế OFDM được
ứng dụng rộng rãi. Thay vì sử dụng IDFT người ta có thể sử dụng phép biến đổi
nhanh IFFT cho bộ điều chế OFDM, sử dụng FFT cho bộ giải điều chế OFDM.
2. Tổng quan về OFDM

OFDM (là viết tắt của Orthogonal Frequency Division Multiplexing) có
thể được tạm dịch là Ghép Kênh Phân Chia Theo Tần Số Trực Giao. Nguyên lý
cơ bản của phương pháp là sử dụng kỹ thuật đa sóng mang để truyền một lượng
lớn ký tự tại cùng một thời điểm. Sử dụng kỹ thuật OFDM có rất nhiều ưu điểm,
đó là hiệu quả sử dụng phổ rất cao, khả năng chống giao thoa đa đường tốt (đặc
biệt trong hệthống không dây) và rất dễ lọc bỏ nhiễu (nếu một kênh tần số bị
nhiễu, các tần số lân cận sẽ bị bỏ qua, khơng sử dụng). Ngồi ra, tốc độ truyền
Uplink và Downlink có thể thay đổi dễ dàng bằng việc thay đổi số lượng sóng
mang sử dụng. Một ưu điểm quan trọng của hệ thống sử dụng đa sóng mang 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. Ví dụ, nếu muốn truyền với tốc độ là hàng triệu bit
trên giây bằng một kênh đơn, chu kỳ của một bit phải nhỏ hơn 1 micro giây. Điều
này sẽ gây ra khó khăn cho việc đồng bộ và loại bỏgiao thoa đa đường. Nếu cùng

TIEU LUAN MOI download : moi nhat


lượng thơng tin trên được trải ra cho N sóng mang, chu kỳ của mỗi bit sẽ được
tăng lên N lần, lúc đó việc xử lý vấn đề định thời, đa đường sẽ đơn giản hơn.
3. Phương pháp điều chế đa sóng mang OFDM
Ý
tưởng chính trong kỹ thuật OFDM là việc chia luồng dữ liệu trước khi
phát đi thành N luồng dữ liệu song song có tốc độ thấp hơn và phát mỗi luồng dữ
liệu đó trên một sóng mang con khác nhau. Các sóng mang này là trực giao với
nhau, điều này được thực hiện bằng cách chọn độ dãn cách tần số giữa chúng
một cách hợp lý.

Công nghệ OFDM nằm trong một lớp các kỹ thuật điều chế đa sóng
mang trong thơng tin vơ tuyến. Cịn trong các hệ thống thông tin hữu tuyến
chẳng hạn như trong hệ thống ADSL, các kỹ thuật này thường đượcc nhắc

đến dưới cái tên: đa tần (DMT). Ý tưởng chính trong kỹ thuật OFDM là
việc chia lượng dữ liệu trước khi phát đi thành N luồng dữ liệu song song
có tốc độ thấp hơn và phát mỗi luồng dữ liệu đó trên một sóng mang con
khác
nhau.

TIEU LUAN MOI download : moi nhat


Các sóng mang này là trực giao với nhau, điều này được thực hiện bằng
cách chọn độ dãn cách tần số giữa chúng một cách hợp lý.
OFDM tạo ra lưới theo thời gian và tần số. Mỗi hình chữ nhật là một
kênh độc lập và có thể cấp cho những người sử dụng khác nhau.

4. Cấu trúc, chức năng của hệ thống OFDM
Sơ đồ khối một hệ thống OFDM được hình họa theo hình sau:

Hình 3.1: Sơ đồ khối hệ thống OFDM

TIEU LUAN MOI download : moi nhat


Khối biến đổi nối tiếp sang song song (Serial to Para)
Luồng số liệu nối tiếp (Serial) đi vào đƣợc tạo kích cỡ theo yêu cầu tuyền dẫn
(điều chế QAM) và chuyển thành dạng song song. Dữ liệu được phát song song
bằng cách gán mối từ cho 1 sóng mang để điều chế tín hiệu.
Khối điều chế ( Modualation Mapping )
Dữ liệu được phát trên mỗi sóng mang đƣợc mã hóa vi sai và điều chế mã M –
QAM. Vì tín hiệu mã hóa vi sai yêu cầu tham chiếu ban đầu nên một ký hiệu được
bổ sung vào đầu chuỗi. Dữ liệu trên mỗi ký hiệu sau đó đƣợc với một góc pha nhất

định dựa theo phương thức điều chế. Sử dụng PSK tạo ra một tín hiệu biên độ không
đổi và đơn giảm các vấn đề biến đổi pha do fading.
Khối biến đổi Fourier ngƣợc ( IFFT)
Sau khi phổ yêu cầu đã đƣợc xác định, thực hiện biến đổi Fourier để tìm dạng
sóng thời tương ứng biến đổi Fourier rời rạc ngược IDFT, và biến đổi Fourier rời rạc
DFT được sử dụng cho điều chế và giải điều chế các chùm tín hiệu trên sóng mang
con trực giao. Các thuật tốn xử lý tín hiệu này thay thế các bộ điều chế và giải điều
chế I/Q yêu cầu.
Trong trường hợp , N được lấy là một lũy thừa nguyên của 2, cho phép ứng
với thuật toán biến đổi Fourier nhanh ( IFFT, FFT ) hiệu quả hơn cho điều chế và
giải điều chế.
Khối chèn khoảng bảo vệ
Khối bảo vệ được thêm vào đầu mỗi ký hiệu, gồm hai phần, một nửa phát biên
độ Zero, một nửa khác là phần mở rộng của tín hiệu phát, điều này cho phép dễ
dàng khôi phục định thời kỳ, làm giảm SNR tới 0,5 tới 1 dB
Khối kênh truyền dẫn vô tuyến
Một mô hình kênh được áp dụng cho tín hiệu phát. Mơ hình cho phép điều khiển
tỉ số tín hiệu trên tạp âm SNR, nhiễu đa đường và công suất đỉnh, SNR được lập
bằng cách thêm một lượng nhiễu trắng đã biết vào tín hiệu, trễ đa đường được mơ tả
bẳng bộ lọc FIR, độ dài của bộ lọc tương ứng với độ trễ lớn nhất khi hệ số biên độ
tương ứng với lượng tín hiệu phản hồi.
Máy thu
Máy thu về cơ bản hoạt động ngược lại so với máy phát, khoảng bảo vệ được loại
bỏ, biên độ Fourier nhanh FFT để tìm phổ tín hiệu gốc phát.
a.
Các ưu điểm cơ bản của kỹ thuật OFDM:
Sử dụng dải tần rất hiệu quả do cho phép chồng phổ giữa các sóng
mang con. Hạn chế được ảnh hưởng của fading và hiệu ứng nhiều đường
bằng cách chia kênh fading chọn lọc tần số thành các kênh con fading phẳng
tương ứng với các tần số sóng mang OFDM khác nhau.

TIEU LUAN MOI download : moi nhat


Phương pháp này có ưu điểm quan trọng là loại bỏ được hầu hết giao
thoa giữa các sóng mang (ICI) và giao thoa giữa các ký hiệu (ISI) do sử dụng
CP.
Nếu sử dụng các biện pháp xen rẽ và mã hố kênh thích hợp thì sẽ có
thể khắc phục được hiện tượng suy giảm xác suất lỗi trên ký hiệu do các hiệu
ứng chọn lọc tần số ở kênh gây ra. Có thể sử dụng phương pháp giải mã tối
ưu với độ phức tạp giải mã ở mức cho phép.
Quá trình cân bằng kênh được thực hiện đơn giản hơn so với việc sử
dụng các kỹ thuật cân bằng thích nghi trong các hệ thống đơn tần.
Trên thực tế, quá trình thực hiện điều chế và giải điều chế trong OFDM
được đảm bảo nhờ sử dụng phép biến đổi FFT. Nếu sử dụng kết hợp với phép
điều chế vi sai thì khơng phải thực hiện trong q trình ước lượng kênh.
b.

Nhược điểm

OFDM là một kỹ thuật truyền đa sóng mang nên nhƣợc điểm chính của kỹ
thuật này là tỷ số cơng suất đỉnh trên cơng suất trung bình PAPR (Peak- toAverage Power Ratio) lớn. Tín hiệu OFDM là tổng hợp tín hiệu từ các sóng
mang phụ, nên khi các sóng mang phụ đồng pha, tín hiệu OFDM sẽ xuất hiện
đỉnh rất lớn. Điều này khiến cho việc sử dụng không hiệu quả bộ khuyếch đại
công suất lớn HPA (High-Power Amplifier). Một nhƣợc điểm khác của
OFDM là rất nhạy với lệch tần số, khi hiệu ứng dịch tần Doppler xảy ra tần số
sóng mang trung tâm sẽ bị lệch, dẫn đến bộ FFT khơng lấy mẫu đúng tại đỉnh
các sóng mang, dẫn tới sai lỗi khi giải điều chế các symbol.

II. Ứng dụng của OFDM trong mạng thông tin di động và mơ phỏng matlab

1. Ứng dụng
Có thể nói mạng internet băng rộng ADSL (Asymmetric Digital Subscriber
Line) rất quen thuộc ở Việt Nam, nhưng ít người biết rằng sự nâng cao tốc độ
đường truyền trong hệ thống ADSL chính là nhờ cơng nghệ OFDM. Nhờ kỹ
thuật điều chế đa sóng mang và sự cho phép chồng phổ giữa các sóng mang
mà tốc độ truyền dẫn trong hệthống ADSL tăng lên một cách đáng kể so với
các mạng cung cấp dịch vụ internet thông thường. Bên cạnh mạng cung cấp
dịch vụ ADSL hiện đang được sử dụng rất rộng rãi ở Việt Nam hiện nay, các
hệ thống thông tin vô tuyến như mạng truyền hình số mặt đất DVB-T cũng
đang được khai thác sử dụng.
Các hệ thống phát thanh số như DAB và DRM chắc chắn sẽ được khai thác
sử dụng trong một tương lai không xa. Các mạng về thông tin máy tính khơng

TIEU LUAN MOI download : moi nhat


dây như HiperLAN/2, IEEE 802.11a, g cũng sẽ được khai thác một cách rộng
rãi ở Việt Nam.
Hệ thống phát thanh số đường dài DRM ( Digitall radio Mondiale ).
Mạng máy tính khơng dây với tốc độ truyền dẫn cao Hiper LAN/2 (High
pefomance local Area NetWok type 2 ).
Đặc biệt OFDM là ứng cử viện triển vọng nhất cho hệ thống thông tin 4G (hệ
thống truy nhập Intermet không dây băng rộng theo tiêu chuận Wimax)

2. Mô phỏng matlab
II.1. Code điều chế OFDM
close all;
clear
all; clc;
n1=1;

n2=14;
FFT_SIZE=256;
%CP=16;

%% Data Generator
Data_gen =
randint(1,11,255)
D=dec2bin(Data_gen); s=0;
%% BER PARAMETERS
EbNo=0:1:15;
BER = zeros(1,length(EbNo));
numPackets=15;
frmLen = 1000;
for idx = 1: length(EbNo)
for packetidx = 1 : numPackets

%% Convolution
Encoder conv_in=[];

TIEU LUAN MOI download : moi nhat


for index =1:11
conv_in=[conv_in double(D(index,:))-48];
end
conv_in=[conv_in 0 0 0 0 0 0 0 0]; %%8 bits
padding DIN=conv_in;
trel = poly2trellis(7, [171 133]); % Define trellis.
code = convenc(conv_in,trel);
clear conv_in;

inter_out=code;
%% BPSK Data Mapping
mapper_out=mapping(inter_out',1,1);
clear inter_out;
%D=mapper_out;
ifft_in=[0,mapper_out(1:96),zeros(1,32),zeros(1,31),mapper_out(97:192)]
tx_data=ifft(ifft_in);
clear ifft_in;
%rx_data=awgn(tx_data,10,'measured');
%rx_data=awgn(tx_data,10,'measured');
%rx_data=awgn(tx_data,2,'measured');
%rx_data=awgn(tx_data,1,'measured');
rx_data = awgn(tx_data./sqrt(16), EbNo(idx) , 'measured');
rx_data = awgn(rx_data./sqrt(16), EbNo(idx) , 'measured');
rx_data = awgn(rx_data./sqrt(16), EbNo(idx) , 'measured');

rx_data=fft(rx_data);
clear tx_data;
rx_data1=[rx_data(1,2:97) rx_data(1,161:256)]; % taking out symbols for
demapping
% rx_data1=RECON;
Demap_out=demapper(rx_data1,1,1);
%%viterbi decoder
vit_out=vitdec(Demap_out,trel,7,'trunc','hard');

TIEU LUAN MOI download : moi nhat


clear Demap_out;
DOUT=vit_out;

%figure;plot(DOUT-DIN);
[number,ratio] = biterr(DIN,vit_out);
error(packetidx) = biterr(DIN,vit_out);
end % End of for loop for numPackets
BER21(idx) = sum(error)/
(log2(4)*numPackets*frmLen); end
h=gcf;clf(h); grid on; hold on;
set(gca,'yscale','log','xlim',[EbNo(1), EbNo(end)],'ylim',[0 1]);
xlabel('Eb/No (dB)'); ylabel('BER'); set(h,'NumberTitle','off');
set(h,'Name','BER Results');
set(h, 'renderer', 'zbuffer'); title('OFDM alone BER PLOTS');
semilogy(EbNo(1:end),BER21(1:end),'b-*');
%error=biterr(DOUT,DIN);
%Grouping Bits and converting to Dec for RS Decoder

TIEU LUAN MOI download : moi nhat


II.2. Kết quả

TIEU LUAN MOI download : moi nhat


KẾT LUẬN
Kết quả đạt được: em đã hoàn thành được đề “Trình bày về điều chế OFDM, ứng
dụng trong mạng thông tin di động và mô phỏng matlab”. Do thời gian và kiến thức có
hạn nên báo cáo của em vẫn cịn nhiều sai sót, rất mong thầy góp ý cho em để em
hoàn thiện báo cáo hơn nữa

TIEU LUAN MOI download : moi nhat

TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1].

Đặng Văn Chuyết, Giáo trình Kỹ thuật mạch điện tử, Nhà xuất bản Giáo dục, 2006

[2]. Manh Cuong Ho, Trong Hieu Le, Le Cuong Nguyen, Accurately estimated the
complex relative permittivity of materials using a super high-resolution algorithm at
X-band microware propagation, Electromagnetics, 40 (1), 1-12-2020.
[3].

Tài liệu giáo trình môn mạng không dây và di động.

[4].

Tài liệu thông ở MatWorks.

TIEU LUAN MOI download : moi nhat