Tiểu luận: đồng bộ trong ofdm

Học Viện Bưu Chính Viễn Thông
Khoa Quốc Tế và Đào Tạo Sau Đại Học
Tiểu luận
ĐỒNG BỘ TRONG OFDM
Giáo viên hướng dẫn : PGS.TS BÙI HIẾU
Sinh viên thực hiện : NGUYỄN HỮU DŨNG
Lớp : M13CQTEO1 - B


NỘI DUNG TRÌNH BÀY
GIỚI THIỆU OFDM
1
ĐỒNG BỘ KÝ TỰ
2
ĐỒNG BỘ TẦN SỐ
3
KẾT LUẬN
4

OFDM
Do các vấn đề về nhiễu (interference) và các vấn đề về đa
đường (multi path), một số công nghệ trước đây cũng đã đưa ra
giải pháp điều chế sóng mang đơn dùng cho các ứng dụng NLOS
(non line of sight) nhưng cũng chưa mang lại hiệu quả cao.
Sự ra đời của kỹ thuật ghép kênh phân chia theo tần số trực giao –
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) : là một
bước đột phá trong thị trường truy cập vô tuyến băng rộng.

OFDM
Công nghệ OFDM nằm trong một lớp các kỹ thuật điều chế đa sóng

mang (FDM) trong thông tin vô tuyến
Điều chế đa song mang
(ghép kênh phân chia theo tần số FDM):
Ưu điểm (so với ĐC đơn mang):
+Giảm ảnh huởng của nhiễu liên
tín hiệu ISI (inter symbol
interference)
+Độ phức tạp của bộ cân bằng
kênh và lọc nhiễu giảm
Nhược điểm :
+Giảm hiệu quả sử dụng phổ do
các kênh phụ được phân cách
nhau ở một khoảng nhất định



Để tăng hiệu quả sử dụng phổ và kế thừa ưu điểm của điều chế đa
sóng mang  phương pháp điều chế đa sóng mang trực giao
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) ra đời:
•
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.
•
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.

Khái nệm về sự trực giao của 2 tín hiệu

≠
=
∫
dttqtp
a
b
)(*)(
ψψ
)(tp
ψ
)(* tq
ψ
OFDM
k , p = q
0 , p q
là liên hợp phức của
a, b là chu kì của tín hiệu
k : const

SƠ ĐỒ HỆ THỐNG TRUYỀN DẪN OFDM
Điều chế ở
băng tần cơ sở
Chèn mẫu tin
dẫn đường
IDFT
Chèn chuỗi
bảo vệ
Biến đổi
sô/tương tự

Kênh vô
tuyến
Biến đổi
tương tự/số
Tách chuỗi
bảo vệ
DFT
Tách mẫu tin
dẫn đường
Khôi phục
kênh truyền
Cân bằng
kênh
Giải điều chế ở
bằng tần cơ sở
Nhiễu trắng
(AWGN)
Dòng bit
Dòng bit

ĐỒNG BỘ OFDM
•
Qui trình đồng bộ trong OFDM

Đồng bộ ký tự
•
Đồng bộ thời gian dựa trên tín hiệu Pilot:
Pilot có thể được hiểu như những mẫu kí tự dẫn đường, làm
hoa tiêu. Tín hiệu bên phát khi truyền qua kênh vô tuyến thì biên độ
và pha đã bị thay đổi. OFDM sẽ dụng pilot để ước lượng và cân

bằng kênh truyền. Nhờ đó có thể thu lại tín hiệu có hình dạng giống
như bên phát.
Bên cạnh chức năng chính đó, người ta cũng có thể sử dụng
luôn pilot cho khâu đồng bộ


Đồng bộ ký tự
Hình dạng dữ liệu thực tế

Đồng bộ ký tự
Gồm 3 giai đoạn:
+ Nhập biết công suất: Cho phép xác định có hay không tín hiệu
OFDM tại đầu vào của máy thu, bằng cách đo công suất thu và
so sánh với mức ngưỡng
+ Đồng bộ thô:
Tín hiệu lấy mẫu sẽ được đồng bộ bước đầu với độ chính xác
bằng 1 nửa thời gian lấy mẫu
Được thực hiện bằng cách cho tương quan với giữa tín hiệu
thu được với bản sao tín hiệu phát rồi tìm đỉnh tương quan
Tần số ước lượng của các điểm phải gấp khoảng 4 lần tốc độ
tín hiệu để đảm bảo tính chính xác trong ước lượng đỉnh
tương quan.
+ Đồng bộ tinh: Các kênh con cùng các tín hiệu dẫn đường
được cân bằng với các kênh đã được ước lượng thông qua
chuỗi huấn luyện

Đồng bộ ký tự
•
Đồng bộ kí tự dựa vào tiền tố lặp CP
Cấu trúc khung OFDM thực hiện đồng bộ

Đồng bộ ký tự
Dựa theo công thức:
( ) ( ) ( )
– d m r m r m N
= +
Với
- r(m) và r(m-N) là các mẫu phát nằm trong thời khoảng xét.
- d(m) là hiệu của hai biến ngẫu nhiên không tương quan.
•
Nếu r(m) và r(m+N) tương ứng với các mẫu tín hiệu phát nằm
trong thời khoảng của cùng một ký tự OFDM, chúng phải là bản
sao của nhau nên công suất của d(m) = r(m) - r(m+N) thấp
•
Nếu r(m) và r(m+N) không tương ứng với các mẫu tín hiệu phát
nằm trong thời khoảng của cùng một ký tự. công suất trung bình
của d(m) trong trường hợp này bằng hai lần công suất trung bình
của ký tự OFDM

Đồng bộ tần số
a. Đồng bộ tần số lấy mẫu
•
Do sự sai khác về tần số lấy mẫu giữa bên phát và bên thu vì
không thể có 2 bộ dao động giống nhau 100%. Sự sai lệch tần số
lấy mẫu này sẽ ảnh hưởng lên tất cả các sóng mang con, nhưng
với mỗi sóng mang khác nhau thì ảnh hưởng sẽ khác nhau.
•
Sự sai khác tần số lấy mẫu giữa bên phát và bên thu:

( ans ) ( ece )tr miter r iver

S S S
F F F
∆ = −

Đồng bộ tần số
•
Có 2 giải pháp khắc phục
- Sử dụng thuật toán điều khiển bộ dao
động điều chỉnh bởi điện áp VCO
(Voltage-Controlled Oscillator)
- Xử lý số để động bộ tần số lấy mẫu trong
khi giữ cố định tần số lấy mẫu.

Đồng bộ tần số
b. Đồng bộ tần số sóng mang
Đồng bộ tần số sóng mang là vấn đề quyết định đối với hệ thống
thông tin đa sóng mang. Nếu việc thực hiện đồng bộ không bảo
đảm, các chỉ tiêu chất lượng cũng như các ưu điểm của hệ thống
này so với hệ thống thông tin đơn sóng mang truyền thống bị
giảm đi đáng kể
Có hai nguyên nhân chính dẫn đễn việc mất đồng bộ sóng mang:
- Sự suy giảm biên độ sóng mang thu.
- Lỗi tần số và thực hiện ước lượng tần số.

Đồng bộ tần số
•
Lỗi tần số
Sự suy giảm tỉ số tín trên tạp D(dB) đã được Pollet đánh giá và phân
tích thông qua biểu thức sau
Trong đó: ΔF là độ lệch tần số

N: số sóng mạng con
W: độ rộng băng tần
Để đảm bảo yêu cầu chất lượng của hệ thống, thì độ bất ổn định trong
đồng bộ tần số sóng mang của hệ thống phải thấp hơn 2%
( )
0
2
2
.
10ln3
10
.
10ln3
10
)(
N
E
W
FN
fdBD
S






∆
=∆≈
ππ

•
Mẫu tin dẫn đường chèn cùng với mẫu tin có ích cả ở miền tần số và miền
thời gian
•
Khoảng cách giữa 2 mẫu tin liên tiếp nhau phải tuân theo qui luật lấy mẫu
cả ở miền tần số và miền thời gian
•
Ở miền tần số sự biến đổi của kênh vô tuyến phụ thuộc vào thời gian trễ
truyền dẫn lớn nhất của kênh
•
Rf là tỉ số lấy mẫu 1
ở miền tần số thì Rf = >= 1
Df fs
•
Ở miền thời gian sự biến đổi của hàm truyền phụ thuộc vào tần số Doppler
•
Rt là tỉ số lấy mẫu 1
ở miền thời gian thì Rt = >=1
•
2 fD,max Dt(Ts + TG)
Trong trường hợp các điều kiện không được thỏa mãn thì tín hiệu không thể
khôi phục hoàn toàn ở máy thu
max
τ
Thực hiện ước lượng tần số
Đồng bộ tần số

Kết Luận
Công nghệ OFDM ngày nay được ứng dụng rất rộng rãi

trong các hệ thống viễn thông như: Hệ thống truyền hình
số DVBT, phát thanh số DAB hay truy cập Internet băng
rộng ADSL Cùng với những công nghệ truyền tin khác,
OFDM đang chứng tỏ những ưu điểm của mình trong
các hệ thống viễn thông trên thực tế đặc biệt là trong
phát thanh, truyền hình số và cả trong thông tin di động