Đồ án tốt nghiệp đại học: Mô phỏng truyền dẫn OFDM thích ứng trong thông tin vô tuyến (HV Công nghệ Bưu chính viễn thông)

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 ngun
và tài ngun vốn có của thơng tin vô tuyến.

 Đặc điểm của truyền dẫn vô tuyến là tài nguyên hạn

chế, chất lượng phụ thuộc nhiều vào mơi 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
 Song các hệ thống sử dụng công nghệ OFDM

hiện nay như: DAB, DVB, HDTV, HiperLAN…đều
FDMA
TDMA
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
SDMA
CDMA
OFDM thích ứng trong thơng tin vơ tuyến”


I. Giới thiệu
 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 khơng 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…
 Yêu cầu
 Truyền thông đa phương tiện khơng những u cầu

băng thơng rộng mà cịn 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 hịa

các u 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
cơng 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 vơ 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 vơ 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 vơ 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 vơ tuyến di động…

Hình (a)

Hình (b)

Hình (c)


II. Đặc tính kênh vơ tuyến di động
Bảng 2.2 Các đặc tính kênh trong ba miền: khơng gian, tần số và thời gian
Miền không gian

Miền tần số

Thông số

d;
Thăng giáng ngẫu
nhiên

BD;

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

ΒC ≈

(T ≥ στ )

Miền thời gian
1
50σ τ

TC ≈

1
;
BD

( BS ≥ B D )

στ


II. Đặc tính kênh vơ tuyến di động…

Hình 2.7 Phổ tín hiệu OFDM truyền qua mơ 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 tồn bộ băng thơng 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
khơng 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 si(t) và sj(t). Để đảm bảo tính

trực giao cho OFDM, các hàm sin của các sóng
mang con phải thỏa mãn:

1
T

t s +T

1,
∫t s i ( t ).s ( t ) dt = 0,
s
*
j

i= j
i≠ j

exp( j2πk∆ft ) , k = 1,2,  N
sk ( t) = 
≠
0,


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:
N 2 −1

  i 



(
)
(
)
w
t
−
kT
x
exp
j2π
t
−
kT



∑ i,k   T 
i − N/2

  FFT 
∞

s( t) = ∑ sk ( t − kT ) , s k ( t − kt ) = kT − Twin − TG ≤ t ≤ kT + TFFT + Twin
0,
NÕu kh¸c
k = −∞

=

T

là độ dài ký hiệu OFDM


TFFT

là thời gian FFT, phần hiệu dụng của ký hiệu OFDM

TG

là thời gian bảo vệ, thời gian của tiền tố chu trình

Twin

là thời gian mở cửa tiền tố và hậu tố để tạo dạng phổ

∆f = 1/TFFT 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:
sRF (t) =

∞

∑

sRF,k (t - kT)

k = −∞
N / 2 −1
 
 
 

1 
( t − kT )  ,
Re w ( t − kT ) ∑ x i ,k exp  j2π f c +
TFFT 
i=− N / 2
 
 
 

s RF,k ( t − kT ) = 
kT − Twin − TG ≤ t ≤ kT + TFFT + Twin
0,
NÕu kh¸c




Trong đó fc là tần số sóng mang RF


III. Nguyên lý hoạt động của OFDM…


III. Nguyên lý hoạt động của OFDM…