ĐỒ ÁN 1: KỸ THUẬT ĐIỀU CHẾ SÓNG MANG

Trường Đại Học Bỏch Khoa Hà Nội
Khoa Điện Tử Viễn Thông
====o0o====

KỸ THUẬT ĐIỀU CHẾ ĐA SÓNG MANG

Nguyên lý & ứng dụng của OFDM

Giảng viên hướng dẫn

: Nguyễn Thu Nga

Sinh viên thực hiện

: Bùi Đức Toàn

SHSV

: 20063245

Lớp

: ĐT7-K52

Hà Nội 5-2010


Bài tập lớn-Bùi Đức Toàn -ĐT7-K52

Phần 1 Mở đầu

Mục lục
MỞ ĐẦU
MỤC LỤC
CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU VỀ TRUYỀN DẪN SỐ
1.1 Truyền dẫn ở băng tần cơ sở BaseBand ........................................ 7
1.1.1 Tín hiệu số ............................................................................. 7
1.1.2 Mã đường dây Line Code....................................................... 8
1.2 Truyền dẫn BroadBand ............................................................... 13
1.2.1 Amplitude Shift Keying ....................................................... 14
1.2.2 Frequency Shift Keying ....................................................... 16
1.2.3 Phase Shift Keying .............................................................. 18
1.2.4 Quadrature Amplitude Modulation ...................................... 20
1.3 Giới thiệu về OFDM ................................................................... 21
CHƯƠNG 2 NGUYÊN LÝ CƠ BẢN CỦA OFDM
2.1 Trực giao trong OFDM ............................................................... 28
2.2 Thu phát tín hiệu OFDM ............................................................ 32
2.2.1 Chuyển đổi nối tiếp song song ............................................. 33
2.2.2 Điều chế sóng mang phụ ...................................................... 34
2.2.3 Chuyển đổi từ miền tần số sang miền thời gian .................... 35
2.2.4 Điều chế tần số vô tuyến ...................................................... 35
2.3 Khoảng bảo vệ GI (Guard Interval) ............................................ 36
2.3.1 Chống lỗi do dịch thời gian .................................................. 37
2.3.2 Chống nhiễu giữa các symbol .............................................. 38
2.3.3 Mào đầu và phân cách sóng mang :...................................... 41
2.4 Hạn dải và tạo cửa sổ cho tín hiệu OFDM .................................. 41
2.4.1 Lọc thông dải ....................................................................... 42


Bài tập lớn-Bùi Đức Toàn -ĐT7-K52

Phần 1 Mở đầu

2.4.2 Sử dụng dải bảo vệ dạng cos nâng ....................................... 44
CHƯƠNG 4 ĐỒNG BỘ VÀ CÂN BẰNG
4.1 Đồng bộ ...................................................................................... 46
4.1.1 Dịch thời gian và tần số trong OFDM .................................. 46
4.1.2 Đồng bộ trong hệ thống OFDM ........................................... 49
4.1.3 Đồng bộ thời gian và đồng bộ khung ................................... 50
4.1.4 Ước lượng dịch tần số .......................................................... 51
4.2 Cân bằng..................................................................................... 52
4.2.1 Cân bằng trong miền thời gian ............................................. 53
4.2.2 Cân bằng trong miền tần số .................................................. 55
4.2.3 Khử tiếng vọng .................................................................... 58
CHƯƠNG 5 MÃ HÓA KÊNH
5.1 Mã hóa khối trong OFDM .......................................................... 64
5.2 Mã hóa vòng xoắn ...................................................................... 68
5.3 Mã hóa mắt lưới ......................................................................... 71
5.4 Mã hóa Turbo trong OFDM ........................................................ 74
CHƯƠNG 6 ỨNG DỤNG OFDM TRONG THÔNG TIN VÔ TUYẾN
6.1 Phát thanh số DAB ..................................................................... 77
6.1.1 Giới thiệu ............................................................................. 77
6.1.2 Hệ thống phát thanh số DAB theo chuẩn Châu âu ............... 79
6.2 Truyền hình số DVB ................................................................... 81
6.2.1 Giới thiệu ............................................................................. 81
6.2.2 Truyền hình số chuẩn Châu Âu DVB-T ............................... 83
6.3 Mạng LAN không dây ................................................................ 87
CHƯƠNG 7 ỨNG DỤNG OFDM TRONG THÔNG TIN HỮU TUYẾN
7.1 Đường dây thuê bao số bất đối xứng ADSL................................ 92
7.1.1 Giới thiệu ADSL .................................................................. 92
7.1.2 Đặc tính của kênh truyền ..................................................... 93

Bài tập lớn-Bùi Đức Toàn -ĐT7-K52

Phần 1 Mở đầu

7.1.3 Hệ thống ADSL ................................................................... 96
7.2 Truyền thông qua đường dây tải điện PLC.................................. 99
7.2.1 Giới thiệu PLC ..................................................................... 99
7.2.2 Đặc tính của kênh truyền ................................................... 100
7.2.3 Hệ thống PLC .................................................................... 103
KẾT LUẬN
MỘT SỐ THUẬT NGỮ DÙNG TRONG BÀI TẬP LỚN
TÀI LIỆU THAM KHẢO


Bài tập lớn-Bùi Đức Toàn -ĐT7-K52

Phần 1 Mở đầu

Mở đầu
Trong những năm gần đây, các dịch vụ viễn thông phát triển hết sức
nhanh chóng đã tạo ra nhu cầu to lớn cho các hệ thống truyền dẫn thông tin.
Mặc dù các yêu cầu kỹ thuật cho các dịch vụ này là rất cao song cần có các
giải pháp thích hợp để thực hiện. Orthogonal Frequency Division
Multiplexing (OFDM) là một phương pháp điều chế cho phép truyền dữ liệu
tốc độ cao trong các kênh truyền chất lượng thấp. OFDM đã được sử dụng
trong phát thanh truyền hình số, đường dây thuê bao số không đối xứng, mạng
cục bộ không dây. Với các ưu điểm của mình, OFDM đang tiếp tục được
nghiên cứu và ứng dụng trong các lĩnh vực khác như truyền thông qua đường

dây tải điện, thông tin di động, Wireless ATM ...
OFDM là nằm trong lớp các kỹ thuật điều chế đa sóng mang. Kỹ thuật
này phân chia dải tần cho phép thành rất nhiều dải tần con với các sóng mang
khác nhau, mỗi sóng mang này được điều chế để truyền một dòng dữ liệu tốc
độ thấp. Tập hợp của các dòng dữ liệu tốc độ thấp này chính là dòng dữ liệu
tốc độ cao cần truyền tải. Các sóng mang trong kỹ thuật điều chế đa sóng
mang là họ sóng mang trực giao. Điều này cho phép ghép chồng phổ giữa các
sóng mang do đó sử dụng dải thông một cách có hiệu quả. Ngoài ra sử dụng
họ sóng mang trực giao còn mang lại nhiều lợi thế kỹ thuật khác, do đó các hệ
thống điều chế đa sóng mang đều sử dụng họ sóng mang trực giao và được
gọi chung là ghép kênh theo tần số trực giao OFDM.
Kỹ thuật OFDM lần đầu tiên được giới thiệu trong bài báo của
R.W.Chang năm 1966 về vấn đề tổng hợp các tín hiệu có dải tần hạn chế khi
thực hiện truyền tín hiệu qua nhiều kênh con. Năm 1971 Weistein và Ebert sử
dụng biến đổi FFT và đưa ra Guard Interval cho kỹ thuật này. Tuy nhiên, cho
tới gần đây, kỹ thuật OFDM mới được ứng dụng trong thực tế nhờ có những
tiến bộ vượt bậc trong lĩnh vực xử lý tín hiệu số và kỹ thuật vi xử lý.


Bài tập lớn-Bùi Đức Toàn -ĐT7-K52

Phần 1 Mở đầu

Ở Việt Nam hiện nay đang triển khai một số ứng dụng sử dụng kỹ thuật
điều chế đa sóng mang OFDM như truyền hình số DVB-T, đường dây thuê
bao không đối xứng ADSL và truyền thông qua đường dây tải điện PLC.
Song song với việc triển khai các ứng dụng trên, cần có những nghiên cứu về
kỹ thuật điều chế OFDM. Nội dung của đồ án đề cập tới các vấn đề:
- Tổng quan về các kỹ thuật điều chế trong truyền dẫn tín hiệu số.
- Nguyên lý cơ bản của điều chế đa sóng mang OFDM.

- Các kỹ thuật của OFDM như đồng bộ, cân bằng, khử tiếng vọng và
mã hóa.
- Các ứng dụng của OFDM trong thông tin vô tuyến và hữu tuyến.
Điều chế đa sóng mang là một kỹ thuật tương đối mới mẻ và phức tạp.
Nhân đây em xin chân thành cảm ơn Cô Nguyễn Thu Nga đã giúp đỡ em
làm bài tập lớn này


Bài tập lớn-Bùi Đức Toàn -ĐT7-K52

Ch­¬ng 1

Phần 1 Mở đầu

Giới thiệu về truyền dẫn số

Sự ra đời của kỹ thuật số cùng với sự phát triển vượt bậc của công nghệ
vi điện tử đã tạo nên những thay đổi kỳ diệu trên mọi mặt của đời sống xã hội.
Đây thực sự là một cuộc cách mạng xã hội tiếp theo cuộc cách mạng công
nghiệp giải phóng sức lao động của con người. Sở dĩ kỹ thuật số làm được
điều đó là do tín hiệu số cho phép xử lý và lưu trữ một cách mạnh mẽ và linh
hoạt. ở đây xin đề cập đến một khía cạnh rất quan trọng và góp phần tạo nên
thành công của kỹ thuật số đó là truyền dẫn số.

1.1 Truyền dẫn ở băng tần cơ sở BaseBand
Trong truyền dẫn BaseBand tín hiệu được truyền dẫn ở dạng xung có
phổ vô hạn và chiếm toàn bộ dải thông của đường truyền.

1.1.1 Tín hiệu số
Tín hiệu số là tập hợp của các bit {0,1} và được biểu diễn dưới dạng 0v

và 5v với mức TTL. Tuy nhiên dạng tín hiệu này chỉ tồn tại trên các Bus của
các bo mạch đơn lẻ hay Bus nội trong các IC mà không thể truyền dẫn đi xa.
Để truyền dẫn tín hiệu số trên băng tần cơ sở BaseBand cần mã đường truyền
Line Code với mục đích:
Đưa vào độ dư bằng cách mã hóa các từ số liệu nhị phân thành các từ dài
hơn. Các từ nhị phân dài hơn này sẽ có nhiều tổ hợp hơn do tăng số bit.
Chúng ta có thể chọn những tổ hợp xác định có cấu trúc theo một quy luật từ
mã hợp thành , cho phép tách thông tin định thời một cách dễ dàng hơn và
giảm độ chênh lệch giữa các bit “0” và các bit “1” trong một từ mã. Việc
giảm độ chênh lệch này dẫn đến giảm thành phần một chiều. Điều này là cần
thiết vì không thể truyền thành phần một chiều của tín hiệu số đi được. Tuy