ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC-Mô phỏng truyền dẫn OFDM thích ứng trong thông tin vô tuyến

A. Nội dung

B. Cơ sở lý luận

Nhu cầu sử dụng hệ thống thông tin di động ngày
càng gia tăng, tức là nhu cầu chiếm dụng tài nguyên
vô tuyến gia tăng. Hay nói cách khác tồn tại mâu
thuẫn lớn giữa nhu cầu chiếm dụng tài nguyên và tài
nguyên vốn có của thông tin vô tuyến.

Đặc điểm của truyền dẫn vô tuyến là tài nguyên hạn
chế, chất lượng phụ thuộc nhiều vào môi trường:
địa hình, thời tiết… dẫn đến làm hạn chế triển khai
đáp ứng nhu cầu cho xã hội của các nhà công
nghiệp và dịch vụ viễn thông.

C. Cơ sở thực tiễn
FDMA TDMA
CDMASDMA

Song các hệ thống sử dụng công nghệ OFDM hiện
nay như: DAB, DVB, HDTV, HiperLAN…đều không
sử dụng cơ chế thích ứng, do đó chưa tối ưu hiệu
năng cũng như chưa đối phó hiệu quả đối với những
ảnh hưởng bất lợi của kênh truyền vô tuyến di động.

Trên cơ sở như vậy đồ án đã chọn chủ đề nghiên
cứu giải pháp điều chế thích ứng tín hiệu số trong hệ

thống truyền dẫn số nhằm đạt hiệu suất sử dụng
băng tần cao. Từ đó xây dựng chương trình mô
phỏng, cụ thể là: “ Mô phỏng truyền dẫn OFDM thích
ứng trong thông tin vô tuyến”


Hạn chế của các kỹ thuật hiện hành

Các kỹ thuật trải phổ có khả năng chống lại pha đinh
và nhiễu, song tồn tại những yêu cầu không thể thực
hiện được chẳng hạn: Nếu người dùng cần có tốc độ
20 Mb/s ở giao diện vô tuyến và hệ số trải phổ là 128
(giá trị điển hình hiện nay), dẫn đến phải xử lý tốc độ
2,56 Gb/s theo thời gian thực, vì thế cần có độ rộng
băng tần lớn không thực tế.

Các kỹ thuật đơn sóng mang đối phó kém hiệu quả
đối với pha đinh và truyền lan đa đường, đặc biệt
trong trường hợp tốc độ bit cao
I. Giới thiệu

I. Giới thiệu…

Yêu cầu

Truyền thông đa phương tiện không những yêu cầu
băng thông rộng mà còn QoS cao

Làm thế nào truyền dữ liệu tốc độ cao qua giao diện
vô tuyến mà vẫn đảm bảo QoS. Tuy đã có các biện

pháp như cân bằng thích ứng song gặp trở ngại về
thời gian thực ở tốc độ cao vài Mb/s với chi phí thấp

Giải pháp

Cần tìm kỹ thuật điều chế có khả năng dung hòa các
yêu cầu đối ngược nhau theo cách tốt nhất có thể

I. Giới thiệu…

Ghép kênh phân chia theo tần số trực giao OFDM

OFDM là giải pháp phân tập tần số.

OFDM đạt hiệu suất sử dụng băng tần cao

OFDM cho phép giảm ảnh hưởng của trễ đa đường
và và kênh pha đinh lựa chọn tần số

Do trải rộng pha đinh lên nhiều ký hiệu, nên làm ngẫu
nhiên hóa lỗi cụm

Tính khả thi của OFDM cao do ứng dụng triệt để
công nghệ xử lý tín hiệu số và công nghệ vi mạch
VLSI

I. Giới thiệu…

OFDM nhậy cảm với dịch Doppler cũng như lệch tần
giữa các bộ dao động nội phát và thu


Vấn đề đồng bộ thời gian. Tại máy thu khó quyết định
thời điểm bắt đầu FFT

Giá trị PAPR cao


II. Đặc tính kênh vô tuyến di động

Suy hao (attenuation): Cường độ trường yếu đi theo
khoảng cách, giá trị suy hao điển hình trong khoảng
50 – 150 dB tùy vào khoảng cách. Suy hao gây pha
đinh phạm vi rộng

Che chắn (shadowing): Chướng ngại vật giữa máy
phát và máy thu

Tạp âm (Noise): tạp âm nhiệt (cũng có thể tạp âm
khác) xuất hiện trong tín hiệu và làm giảm chất lượng
việc tách tín hiệu

Pha đinh đa đường và phân tán thời gian: Phản xạ
và nhiễu xạ làm méo tín hiệu thu bằng cách trải rộng
nó theo thời gian. Phụ thuộc vào băng tần hệ thống,
làm thay đổi cường độ tín hiệu, có thể gây ISI

II. Đặc tính kênh vô tuyến di động…

Nhiễu (Interference): Các máy phát khác dùng cùng
tần số hoặc dùng các tần số lân cận với nó có thể gây

giao thoa với các ký hiệu mong muốn.

Đặc tính kênh chọn lọc tần số: Một tần số được tăng
cường trong khi đó các tần số khác bị suy hao

Các kênh vô tuyến là các kênh mang tính ngẫu nhiên:
nó có thể thay đổi từ các đường truyền thẳng đến
các đường bị che chắn nghiêm trọng đối với các giá
trị khác nhau

II. Đặc tính kênh vô tuyến di động…
Hình (a) Hình (b) Hình (c)

II. Đặc tính kênh vô tuyến di động
Miền không gian Miền tần số Miền thời gian
Thông số d;
Thăng giáng ngẫu
nhiên
B
D
;
Nhược điểm Chọn lọc không gian Chọn lọc tần số Chọn lọc thời gian
Giải pháp MIMO OFDM Thích ứng
Mục đích Lợi dụng đa đường Pha đinh phẳng Pha đinh chậm
;
B
1
T
D
C




σ50
1
Β
C

σ
 
DS
BB 
 

 σT
Bảng 2.2 Các đặc tính kênh trong ba miền: không gian, tần số và thời gian

II. Đặc tính kênh vô tuyến di động…
Hình 2.7 Phổ tín hiệu OFDM truyền qua mô hình kênh pha đinh Rice, với
số sóng mang = 100, kích thước FFT = 256,
[sim_ofdm_spectrum.m]


III. Nguyên lý hoạt động của OFDM

Nguyên lý

Phân chia toàn bộ băng thông cần truyền vào nhiều
sóng mang con và truyền đồng thời trên các sóng
mang này.


Luồng số tốc độ cao được chia thành nhiều luồng tốc
độ thấp hơn. Vì thế có thể giảm ảnh hưởng của trễ
đa đường và chuyển đổi kênh pha đinh chọn lọc tần
số thành kênh pha đinh phẳng

III. Nguyên lý hoạt động của OFDM

Tính trực giao

OFDM truyền dẫn song song đồng thời nhiều băng
con chồng lấn nhau trên cùng một độ rộng băng tần
cấp phát của hệ thống

Làm thế nào để tách các băng con từ băng tổng
chồng lấn hay nói cách khác chúng không giao thoa
trong miền tần số và miền thời gian

Vấn đề mấu chốt của truyền dẫn OFDM là nhờ tính
trực giao của các sóng mang con

III. Nguyên lý hoạt động của OFDM…
Nếu ký hiệu các sóng mang con được dùng trong hệ
thống OFDM là s
i
(t) và s
j
(t). Để đảm bảo tính trực
giao cho OFDM, các hàm sin của các sóng mang con
phải thỏa mãn:

   








ji,0
ji,1
dtts.ts
T
1
Tt
t
*
ji
s
s
 
 






,0
N,2,1k,ftk2jexp

ts
k


III. Nguyên lý hoạt động của OFDM…
Hình 3.2 Hình dạng phổ của tín hiệu OFDM băng tần cơ sở 5 sóng
mang, hiệu quả phổ tần của OFDM so với FDM, [sim_ofdm_mc.m]

III. Nguyên lý hoạt động của OFDM…
Hình 3.3 Phổ tổng hợp của tín hiệu OFDM trong băng tần cơ sở với 5
sóng mang con, [plot_ofdm_mc.m]

III. Nguyên lý hoạt động của OFDM…
Tín hiệu OFDM phát phức băng tần gốc được xác định
như sau:
   
,




k
kTtsts
k
 
   
































kh¸c NÕu0,
TTkTtTTkT
kTt

T
i
j2πexpxkTtw
ktts
winFFTGwin
12N
N/2i
FFT
ki,
k
T là độ dài ký hiệu OFDM
T
FFT
là thời gian FFT, phần hiệu dụng của ký hiệu OFDM
T
G
là thời gian bảo vệ, thời gian của tiền tố chu trình
T
win
là thời gian mở cửa tiền tố và hậu tố để tạo dạng phổ
f = 1/T
FFT
là phân cách tần số giữa hai sóng mang
N là độ dài FFT, số điểm FFT
k là chỉ số về ký hiệu được truyền

III. Nguyên lý hoạt động của OFDM…

Tín hiệu đầu ra của bộ điều chế RF được xác định
như sau:

k



RF RF,k
s (t)= s (t- kT)
 
   









































kh¸c NÕu,0
TTkTtTTkT
,kTt
T
1
f2jexpxkTtwRe
kTts
winFFTGwin
12/N
2/Ni
FFT
ck,i

k,RF
Trong đó f
c
là tần số sóng mang RF

III. Nguyên lý hoạt động của OFDM…

III. Nguyên lý hoạt động của OFDM…