Nghiên cứu xây dựng máy thu tín hiệu số dựa trên vi mạch TMS320C6713

3

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN 1
LỜI CAM ĐOAN 2
MỤC LỤC 3
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ 5
DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT 6
CHƢƠNG I. 10
MÔ HÌNH NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG OFDM VÀ CÁC BÀI TOÁN CẦN
THỰC HIỆN TẠI MÁY THU OFDM 10
 10
 OFDM 11
 12
 13
1.2.3  13
 13
 14
 14
 15
CHƢƠNG II. 16
XÂY DỰNG MÁY THU OFDM TRÊN BO MẠCH NHÚNG TMS320C6713-
DSP 16
2.1     16
 17
 17
2.3.1 Bi-  19
 19

4
 19
 21
 26
 27
CHƢƠNG III. 28
THIẾT KẾ HỆ THỐNG THU VÔ TUYẾN OFDM 28
 28
 29
3.2.1  29
 31
 33
CHƢƠNG IV. 34
ĐÁNH GIÁ HỆ THỐNG THÔNG QUA CÁC PHÉP MÔ PHỎNG 34
 34
 39
 40
CHƢƠNG V. 41
ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ HỆ THỐNG TRÊN CÁC BO MẠCH DSP 41
  41
 44
KẾT LUẬN CHUNG 45
TÀI LIỆU THAM KHẢO 47


5

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 1-1: Sơ đồ khối hệ thống OFDM 10
Hình 1-2: Sơ đồi khối máy thu OFDM 12

Hình 1-3: Các tác vụ cơ bản của máy thu OFDM 12
Hình 2-1: Mô hình hệ thống nhúng thực tế đƣợc xây dựng 16
Hình 0-2: Sơ đồ khối hệ giải điều chế OFDM thực hiện tại máy thu 18
Hình 2-3: Sơ đồ quy trình thực hiện giải điều chế tại phía thu 18
Hình 2-4: Thuật toán cánh bƣớm hai điểm 19
Hình 2-5 Ƣớc lƣợng kênh dạng lƣợc trong hệ thống OFDM 20
Hình 2-6: Cấu trúc khung và cấu trúc đa khung dữ liệu để thực hiện đồng bộ 23
Hình 2-7: Sáu bƣớc tiến hành so sánh các khối dữ liệu đồng bộ 23
Hình 2-8: Các trƣờng hợp của vị trí ký tự dẫn đƣờng tại bộ đệm máy thu 24
Hình 2-9: Vị trí khối bộ đệm đƣợc đồng bộ lần đầu trong pilot phía trƣớc 25
Hình 2-10: Ghép nối dữ liệu tại bộ đệm thu 26
Hình 0-11: Quá trình truyền thông giữa bo mạch DSP và máy tính 27
Hình 3-1 Sơ đồ hệ thu phát dữ liệu vô tuyến sử dụng công nghệ OFDM 29
Hình 3-2 Sơ đồ khối máy thu vô tuyến OFDM 30
Hình 3-3 Bộ giải điều chế I/Q 30
Hình 3-4 Chip TRF371135 32
Hình 3-5 Sơ đồ ghép nối chip TRF371135 33
Hình 4-1 So sánh tính toán lý thuyết BER cho các phƣơng pháp điều chế 36
Hình 4-2 Tỷ lệ lỗi bit với trƣờng hợp điều chế 16-QAM 37
Hình 4-3 Tỷ lệ lỗi bit khi có sự thay đổi về chiều dài FFT 38
Hình 4-4 Tỷ lệ lỗi bit khi nhiễu ISI thay đổi 39
Hình 4-5 Tỷ lệ lỗi bit khi số mẫu OFDM thay đổi 40
Hình 5-1 Giao diện thu phát của hệ thống truyền dữ liệu vô tuyến 44
Hình 5-2 So sánh dạng tính hiệu giữa CCS và Matlab 45
Hình 5-3 Phổ của tín hiệu đo đƣợc 45
Hình 5-4 Kết quả truyền file text của hệ thống 45
Hình 5-5 Kết quả truyền file ảnh của hệ thống OFDM trên DSP 46

6
DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT
A
ACF
Autocorrelation function
AIC
Analog Interface Circuit 
AWGN
Additive White Gaussian Noise
B
BER
Bit Error Rate
BIOS
Basic Input Output System
BPSK
Binary Phase Shift Keying
BS
Base Station 
C
CCS
Code Compose Studio
CP
Cyclic Prefix
D
DFT
Discrete Fourier Transform 
DPSK
Differential Amplitude Phase Shift Keying   


DSP
Digital Signal Processor
DVB
Digital Video Broadcasting
E
EDMA
Enhanced Direct Memory Access

F
FDM
Frequency Division Multiplexing:  

FFT
Fast Fourier Transform
FM
Frequency Modulation

7
FSK
Frequency Shift Keying
G
GI
Guard Interval
I
ICI
InterChannel Interference
ICI
InterCarrier Interference
ISI

InterSymbol Interference
IDFT
Inverse Discrete Fourier Transform    

IEEE
Institute of Electrical and Electronic Engneers
n  
IFFT
Inverse FFT
L
LAN
Local AreaNetwork 
LMS
Least Mean Square
M
MAC
Media Access Control
McBSP
Multi-Channeled Buffered Serial Ports
 
MMSE
Minnimum Mean Square Error    

MS
Mobile Station
N
NLOS
NonLight Of Sight:
O
OFDM

Orthogonal Frequency Division Multiplexing


8
P
PDF
Probability density function
P/S
Parallel to Serial
PM
Phase Modulation
PSK
Phase-Shift Keying
PC

Q
QAM
Quadrature Amplitude Modulation     

QPSK
Quadrature Phase-Shift Keying
R
RTDX
Real Time Data eXchange 
S
SNR
Signal to Noise Ratio
W
WLAN
Wireless Local Area Network


Wimax
Worldwide Interoperability for Microwave Access  









9
MỞ ĐẦU

 



  


h

 
thu   

 TMS320C6713.
 
              

  OFDM.

            
TMS320C6713.



        






10
CHƢƠNG I.
MÔ HÌNH NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG OFDM VÀ CÁC BÀI
TOÁN CẦN THỰC HIỆN TẠI MÁY THU OFDM
1.1 Mô hình nghiên cứu về hệ thống OFDM


  [1],

 
xin 
s
Bit In

/ 



/



IFFT


FFT



AWGN









Bit out




{ai,n} {dk,n}
{,n}
m(lta)

m(t)
n(t)
(lta)
u(t)
U(lta)
(lta)
{,n}
{dk,n}
{ai,n}
{Hi,n}

Hình 0-1: Sơ đồ khối hệ thống OFDM
Tại phía phát: , 

 

11
Tại phía thu: ,

khung OFDM 
 OFDM 
 
 
  ,   


 
          





1.2 Các tác vụ cơ bản tại máy thu OFDM



 
 

12

/ 


FFT












Bit out
U(lta)
(lta)

{,n}
{dk,n}
{ai,n}
{Hi,n}

Hình 0-2: Sơ đồi khối máy thu OFDM
  


Hình 0-3: Các tác vụ cơ bản của máy thu OFDM
n 
thu OFDM.
1.2.1 Tách chuỗi bảo vệ



13

.
1.2.2 Biến đổi FFT



chia 
  


1.2.3 Ƣớc lƣợng kênh






      

 

1.2.4 Thực hiện đồng bộ

. 
 , 



 , 


.

14
1.2.5 Giải điều chế OFDM ở phía thu


- .
- .
-  
.
- .
- .
- .

- 
.







.
1.2.6 Cân bằng kênh
Tro

 


 

15
 

1.3 Kết luận chƣơng
, cho


 
t

16
CHƢƠNG II.

XÂY DỰNG MÁY THU OFDM TRÊN BO MẠCH NHÚNG
TMS320C6713-DSP
2.1 Mô hình phần cứng hệ thống và đặc trƣng của máy thu OFDM
 
- DSK TMS320C6713, bo 
z)   USB

tham 

Hình 0-1: Mô hình hệ thống nhúng thực tế đƣợc xây dựng
Phần máy thu:  


  



17






               

             

2.2 Lựa chọn về độ nhạy tại máy thu
 : , c

  
 
s
= SNR=28
dB
:

)
-58.3
(dBm)
2.3 Xây dựng hệ giải điều chế OFDM tại máy thu trên bo mạch nhúng

 



18

/ 


FFT













Bit out
U(lta)
(lta)
{,n}
{dk,n}
{ai,n}
{Hi,n}

Hình 0-2: Sơ đồ khối hệ giải điều chế OFDM thực hiện tại máy thu
Sau k 
 FFT

 
 
     

lu              

 
 


Hình 2-3: Sơ đồ quy trình thực hiện giải điều chế tại phía thu

19




   

2.3.1 Biến đổi tƣơng tự - số






2.3.2 Thực hiện FFT
hu
 . 

a
b
A=a+Wb
B=a-Wb

Hình 2-4: Thuật toán cánh bƣớm hai điểm
 :
 .
2.3.3 Ƣớc lƣợng kênh truyền



20
              
               


 
 
 



 

             
. 

.
t
t
f
f
frequency
frequency
time
time
block
c lng trong min tn s
c lng trong min thi gian
pilot
data

Hình 2-5 Ƣớc lƣợng kênh dạng lƣợc trong hệ thống OFDM



 .

21
2.3.4 Bài toán đồng bộ tại phía máy thu


 


 







gian 


 
Trong  , 
. 




 1 48



, 





.

 


22

 
-Pong .
tuy




DSP
.
 
  

pilot) 
CP) ot.



















 ,


 



 . 


 


























 
m
             

23
 . 
 ,  ,  . 
,             
.

S_pilot
32 
CP
96 
S_data
CP
S_pilotS_pilot S_data S_pilot
32 
96 
1 Frame
Multi Frame

Hình 2-6: Cấu trúc khung và cấu trúc đa khung dữ liệu để thực hiện đồng bộ
       bao
 

+ Đồng bộ lần thứ nhất: 
 


 

0 4321 5 76
I = 0 I = 2 I = 4
I = 1 I = 3 I = 5

Hình 2-7: Sáu bƣớc tiến hành so sánh các khối dữ liệu đồng bộ

24
    1 

trong hai  






  
trong pilot A.  



6 








.
0 4321 5 6
1:
: I= 0
2:
: I= 1
3:
: I= 2
4:

: I= 3
5:
: I= 4
6:
: I= 5
Pilot
Data

Hình 2-8: Các trƣờng hợp của vị trí ký tự dẫn đƣờng tại bộ đệm máy thu
+ Đồng bộ lần thứ hai: 
 ckhung.   


    


25


L

Hình 2-9: Vị trí khối bộ đệm đƣợc đồng bộ lần đầu trong pilot phía trƣớc




ta 

 

.
 
 
.

 

:

26
Last of
Frame
n-1
First of
Frame
n+1
First of
Frame
n+3
Last of
Frame
n+1
Frame n Frame n+2
p
Ping Multi frame Pong Multi frame
m
ng b
m

ng b

Hình 2-10: Ghép nối dữ liệu tại bộ đệm thu
+ So sánh hai phương pháp đồng bộ








:




6 













 48 l




 , 














 . 











.
2.3.5 Thực hiện giao tiếp truyền thông thời gian thực thông qua chuẩn RTDX






 
sau:

27
Target
Application
Code composer
RTDX
Host
Library
Host
client
Optional
log file
RTDX
Target
Library
Target
Host
User
interface

JTAG interface
COM
interface

Hình 0-11: Quá trình truyền thông giữa bo mạch DSP và máy tính
, k

. 

 
v


2.4 Kết luận chƣơng

  



