NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA OFDM - Tài Liệu Text - 123doc

1. Trang chủ >
2. Luận Văn - Báo Cáo >
3. Thạc sĩ - Cao học >

NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA OFDM

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.13 MB, 82 trang )

có tác dụng phân tán lỗi cụm khi truyền qua kênh, nhờ tính phân tán lỗi màkhi được kết hợp với các kỹ thuật mã hoá kênh kiểm soát lỗi hiệu năng hệthống được cải thiện đáng kể. So với hệ thống ghép kênh phân chia theo tầnsố FDM truyền thống, ở FDM cũng truyền theo cơ chế song song nhưng cácbăng con không những không được phép chồng lấn nhau mà còn phải dànhkhoảng băng tần bảo vệ (để giảm thiểu độ phức tạp bộ lọc thu).Vậy làm thế nào tách các băng con từ băng tổng chồng lấn hay nói cáchkhác sau khi được tách ra chúng không giao thoa với nhau trong các miền tầnsố (ICI) và thời gian (ISI). Câu trả lời và cũng là vấn đề mấu chốt của truyềndẫn OFDM là nhờ tính trực giao của các sóng mang con. Vì vậy ta kết luậnrằng nhờ đảm bảo được tính trực giao của các sóng mang con cho phép truyềndẫn đồng thời nhiều băng tần con chồng lấn song phía thu vẫn tách chúng rađược, đặc biệt là tính khả thi và kinh tế cao do sử dụng xử lý tín hiệu số và tầndụng tối đa ưu việt của VLSI [2].Theo đó trước hết ta định nghĩa tính trực giao, sau đó ta áp dụng tínhtrực giao này vào hệ thống truyền dẫn OFDM hay nói cách khác sử dụng tínhtrực giao vào quá trình tạo và thu tín hiệu OFDM cũng như các điều kiện cầnthiết để đảm bảo tính trực giao. Định nghĩaNếu ký hiệu các sóng mang con được dùng trong hệ thống OFDM làs i ( t ) & s j ( t ) . Để đảm bảo trực giao cho OFDM, các hàm sin của sóng mangcon phải thoả mãn điều kiện sau1Tt s +T1,∫ s ( t ).s ( t ) dt = 0,i*jtsi= ji≠ j(2.1)Trong đó:e ( j2 πk∆ft ) , k = 1,2, Nsk ( t) = ≠0,35(2.2)∆f = 1T là khoảng cách tần số giữa hai sóng mang con, T là thời gian ký hiệu,N là số các sóng mang con và N.∆f là băng thông truyền dẫn và ts là dịch thờigian. Minh hoạOFDM đạt tính trực giao trong miền tần số bằng cách phân phối mỗi tínhiệu thông tin riêng biệt vào các sóng mang con khác nhau. Các tín hiệuOFDM được tạo ra từ tổng của các hàm sin tương ứng với mỗi sóng mang.Tần số băng tần cơ sở của mỗi sóng mang con được chọn là một số nguyênlần của tốc độ ký hiệu, kết quả là toàn bộ các sóng mang con sẽ có tần số là sốnguyên lần của tốc độ ký hiệu. Do đó các sóng mang con là trực giao vớinhau.Kiến trúc của một tín hiệu OFDM với 4 sóng mang con được cho ở Hình2.1. Trong đó, (2.1.1a), (2.1.2a), (2.1.3a) và (2.1.4a) thể hiện các sóng mangcon riêng lẻ, với tần số tương ứng 10, 20, 30, và 40 Hz. Pha ban đầu của toànbộ các sóng mang con này là 0. (2.1.5a) và (2.1.5b) thể hiện tín hiệu OFDMtổng hợp của 4 sóng mang con trong miền thời gian và miền tần số.Tính trực giao trong miền tần số của tín hiệu OFDM được thể hiện mộtcách tường minh ở hình 2.2. Thấy rõ, trong miền tần số mỗi sóng mang concủa OFDM có một đáp ứng tần số dạng sinc (sin(x)/x). Dạng sinc có đườngbao chính hẹp, với đỉnh suy giảm chậm khi biên độ của tần số cách xa trungtâm. Tính trực giao được thể hiện là đỉnh của mỗi sóng mang con tương ứngvới giá trị 0 của toàn bộ các sóng mang con khác. Hình 2.2 cho ta thấy vớicùng độ rộng băng tần cấp phát cho hệ thống thì hiệu quả sử dụng phổ tần củaOFDM lớn gấp hai lần so với cơ chế FDM truyền thống.Đáp ứng tổng hợp 5 sóng mang con của một tín hiệu OFDM được minhhoạ ở đường màu đen đậm trên hình 2.3.36Hình 2.1. Dạng sóng của một tín hiệu OFDM trong miền thời gianvà tần sốHình 2.2. Hình dạng phổ của tín hiệu OFDM băng tần cơ sở 5 sóngmang, hiệu quả phổ tần của OFDM so với FDM37Hình 2.3. Phổ tổng hợp của tín hiệu OFDM trong băng tần cơ sởvới 5 sóng mang con2.3. Hệ thống truyền dẫn OFDM3.3.1. Mô tả toán học tín hiệu OFDMTín hiệu OFDM phát phức băng tần gốc được xác định như sau:s( t) =∞∑ sk ( t − kT ) ,k = −∞(2.3)Trong đó sk(t-kT) là tín hiệu OFDM phát phức băng gốc thứ k được xác địnhnhư sau:N 2 −1  i ( t − kT ) w(t−kT)x i,k exp  j2π∑i = − N/2  TFFT s k ( t − kt ) = kT − Twin − TG ≤ t ≤ kT + TFFT + Twin0,NÕu kh¸c(2.4)Trong đó:Tlà độ dài ký hiệu OFDMTFFTlà thời gian FFT, phần hiệu dụng của ký hiệu OFDMTGlà thời gian bảo vệ, thời gian của tiền tố chu trìnhTwinlà thời gian mở cửa tiền tố và hậu tố để tạo dạng phổ38∆f=1/TFFT là phân cách tần số giữa hai sóng mangNlà độ dài FFT, số điểm FFTklà chỉ số về ký hiệu được truyềnilà chỉ số về sóng mang con, i∈{-N/2, -N/2+1, -1, 0, +1, …., -N/2}xi,k là vectơ điểm chùm tín hiệu, là ký hiệu phức (số liệu, hoa tiêu, rỗng)được điều chế lên sóng mang con i của ký hiệu OFDM thứ k.w(t) xung tạo dạng được biểu diễn như sau:1 2 [1 − cos π( t + TG ) Twin ],w ( t ) = 1,1 [1 − cos π( t − TFFT ) Twin ],2− Twin − TG ≤ t ≤ −TG− TG ≤ t ≤ TFFT(2.5)TFFT ≤ t ≤ TFFT + TwinPhân tích (2.4) ta thấy biểu thức này giống như biểu thức của dãy Fourier sau:∞u(t) =∑c(nf0 )ej2 πnf0(2.6)n = −∞trong đó các hệ số Fourier phức thể hiện các vectơ của chùm tín hiệu phứccòn nf0 thể hiện các sóng mang con i/T FFT. Trong hệ thống số, dạng sóng nàycó thể được tạo ra bằng biến đổi Fourier ngược nhanh (IFFT). Chùm số liệuxi,k là đầu vào IFFT và ký hiệu OFDM miền thời gian là đầu ra.Tín hiệu đầu ra của bộ điều chế vô tuyến được xác định như sau:sRF (t) =∞∑sRF,k (t - kT)(2.7)k = −∞trong đó sRF,k(t-kT) là tín hiệu OFDM vô tuyến thứ k được biểu diễn như sau:39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(2.8)Trong đó fc là tần số sóng mang RF [1].2.3.2. Sơ đồ hệ thống truyền dẫn OFDMHình 2.4 trình bầy sơ đồ khối phát thu tín hiệu OFDM điển hình. Theođó, dưới đây trình bày vắn tắt chức năng các khối.Máy phát: Chuyển luồng dữ liệu số phát thành pha và biên độ sóng mangcon. Các sóng mang con được lấy mẫu trong miền tần số, phổ của chúng làcác điểm rời rạc. Sau đó sử dụng biến đổi Fourier rời rạc ngược (IDFT)chuyển phổ của các sóng mang con mang dữ liệu vào miền thời gian. Tuynhiên các hệ thống trong thực tế dùng biến đổi Fourier ngược nhanh (IFFT) vìnó tính hiệu của nó. Tín hiệu OFDM trong miền thời gian được trộn nâng tầnlên tần số truyền dẫn vô tuyến.Máy thu: Thực hiện hoạt động ngược lại của phía phát. Theo đó trướchết, trộn hạ tần tín hiệu RF thành tín hiệu băng tần cơ sở, sau sử dụng FFT đểphân tích tín hiệu vào miền tần số. Cuối cùng thông tin ở dạng biên độ và phacủa các sóng mang con được giải điều chế thành các luồng số và chuyển trởlại thành dữ liệu số ban đầu.2.3.2.1. Tầng chuyển đổi nối tiếp sang song songTầng chuyển đổi nối tiếp sang song song chuyển luồng bit đầu vào thànhdữ liệu phát trong mỗi ký hiệu OFDM, thường mỗi ký hiệu phát gồm 40-4000bit. Việc phân bổ dữ liệu phát vào mỗi mỗi ký hiệu phụ thuộc vào phươngpháp điều chế được dùng và số lượng sóng mang con. Ví dụ, đối với điều chếsóng mang của16-QAM thì mỗi sóng mang con mang 4 bit dữ liệu, nếu hệ40thống truyền dẫn sử dụng 100 sóng mang con thì số lượng bit trên mỗi kýhiệu sẽ là 400. Tại phía thu quá trình được thực hiện ngược lại, khi đó dữ liệutừ các sóng mang con được chuyển ngược trở lại là luồng dữ liệu nối tiếp banđầu.Hình 2.4. Sơ đồ khối hệ thống truyền dẫn OFDMDo tính chất chọn lọc tần số của kênh pha đinh (pha đinh chọn lọc tầnsố) tác động lên một nhóm các sóng mang con làm chúng suy giảm nhanhchóng. Tại điểm đáp ứng kênh xấp xỉ ‘0’, thông tin gửi trên sóng mang congần điểm này sẽ bị tổn thất, hậu quả là gây cụm lỗi bit trong mỗi ký hiệu. Docơ chế FEC là hiệu quả cao nếu các lỗi được phân tán rộng (không tập chunghay cụm lỗi), vì vậy để cải thiện hiệu năng, đa phần hệ thống dùng ngẫu nhiênhoá như là một phần của chuyển đổi nối tiếp thành song song. Vấn đề nàyđược thực hiện bằng cách ngẫu nhiên hoá việc phân bổ sóng mang con của41mỗi một bit dữ liệu nối tiếp. Ngẫu nhiên hoá làm phân tán các cụm bit lỗitrong ký hiệu OFDM do đó sẽ tăng hiệu năng sửa lỗi của FEC.2.3.2.2. Tầng điều chế sóng mang conTầng điều chế sóng mang con làm nhiệm vụ phân phối các bit dữ liệungười dùng lên các sóng mang con, bằng cách sử dụng một sơ đồ điều chếbiên độ và pha. Việc xắp xếp điều chế sóng mang con đối với 16-QAM đượccho hình 2.5, mỗi ký hiệu 16-QAM sẽ chứa 4 bit dữ liệu, mỗi tổ hợp 4 bit dữliệu tương ứng với một vector IQ duy nhất.Hình 2.5. Tín hiệu phát 16-QAM sử dụng mã hoá Gray, và tín hiệu16-QAM truyền qua kênh vô tuyến, SNR = 18 dBẢnh hưởng của tạp âm cộng vào tín hiệu phát 16-QAM (kênh AWGN)được cho ở hình hình 2.5 (b) với SNR thu = 18 Db.2.3.2.3. Tầng chuyển đổi từ miền tần số sang miền thời gianSau tầng điều chế sóng mang con, tín hiệu OFDM có dạng là các mẫutần số, tín hiệu OFDM muốn truyền trên kênh phải có dạng sóng trong miềnthời gian. Phép biến đổi Fourier ngược nhanh (IFFT) sẽ chuyển tín hiệuOFDM trong miền tần số sang miền thời gia Tương ứng với mỗi mẫu của tínhiệu OFDM trong miền thời gian (mỗi đầu ra của IFFT) chứa tất cả các mẫutrong miền tần số (đầu vào của IFFT).42Hình 2.6. Tầng IFFT, tạo tín hiệu OFDMHầu hết các sóng mang con đều mang dữ liệu. Các sóng mang con vùngngoài không mang dữ liệu được đặt bằng 0.2.3.2.4. Tầng điều chế sóng mang RFĐầu ra của bộ điều chế OFDM là một tín hiệu băng tần cơ sở, tín hiệunày được trộn nâng tần lên tần số truyền dẫn vô tuyến. Có thể sử dụng mộttrong hai hai kỹ thuật điều chế sóng mang cao tần là: "tương tự" được cho ởhình 3.7 và "số" được cho ở hình 3.8. Tuy nhiên hiệu năng của điều chế số sẽtốt hơn, do đồng bộ pha chính xác cho nên sẽ cải thiện quá trình ghép cáckênh I và Q.Hình 2.9 mô tả dạng sóng trong miền thời gian của một tín hiệuOFDM. Số lượng sóng mang = 500, kích thước FFT = 2000, khoảng thờigian bảo vệ = 500. Sóng mang điều chế cao tần có tần số f c = 10 GHz.Hầu hết các ứng dụng vô tuyến, thì tín hiệu OFDM được tạo ra tại băngtần cơ sở sử dụng các mẫu phức, sau đó chuyển phổ tín hiệu băng tần cơ sởlên phổ RF bằng cách dùng một bộ điều chế IQ, như được cho ở hình 2.7 vàhình 2.843Hình 2.7. Điều chế cao tần tín hiệu OFDM băng tần cơ sởphức sử dụng kỹ thuật tương tựHình 2.8. Điều chế cao tần tín hiệu OFDM băng tần cơ sởphức sử dụng kỹ thuật sốBộ điều chế IQ sẽ dịch phổ tần tín hiệu OFDM từ băng tần cơ sở phứclên vùng tần số vô tuyến, và chuyển từ tín hiệu phức sang tín hiệu thực (lấyphần thực). Tín hiệu RF phát luôn là tín hiệu thực và nó chỉ biến đổi giá trịcường độ trường.Một tín hiệu thực sẽ tương đương với một tín hiệu băng tần cơ sở phứccó tần số trung tâm là 0 Hz trộn với tần số sóng mang ở bộ điều chế IQ.44fc =W+ f off2(2.9)Hình 2.9. Dạng sóng tín hiệu OFDM trong miền thời gianTrong đó f c là tần số sóng mang để dịch tín hiệu OFDM từ băng tần cơsở phức lên tín hiệu OFDM cao tần thực, W là độ rộng băng tần tín hiệu vàf off là tần số dịch từ DC, xem hình 2.10. Trong các ứng dụng hữu tuyến nhưADSL, hầu hết các sóng mang con đều có tổng độ dịch DC thấp hơn độ rộngbăng tần tín hiệu. Điều này có ý nghĩa rằng có thể trực tiếp tạo tín hiệu thựcbằng cách sử dụng tầng IFFT thay vì phải dùng bộ điều chế IQ để chuyểndịch tần số.Để tạo ra một tín hiệu OFDM thực chỉ cần một nửa các sóng mang consử dụng cho điều chế dữ liệu, mặt khác nửa gồm các lát tần số cao của IFFTsẽ có giá trị biên độ là liên hợp phức của nửa còn lại gồm các lát có tần sốthấp hơn.45

Xem Thêm

Tài liệu liên quan

• Kỹ thuật ofdm và một vài ứng dụng trong thông tin vô tuyến luận văn tốt nghiệp đại học
  • 82
  • 802
  • 0
• CƠ SỞ LÝ LUẬN VỀ ĐỘNG LỰC VÀ TẠO ĐỘNG LỰC CHO NGƯỜI LAO ĐỘNG
  • 21
  • 1
  • 7
• NHỮNG GIẢI PHÁP NHẰM HOÀN THIỆN CÔNG TÁC TẠO ĐỘNG LỰC CHO NGƯỜI LAO ĐỘNG TẠI CÔNG TY SẢN XUẤT KINH DOANH ĐẦU TƯ VÀ DỊCH VỤ VIỆT HÀ
  • 34
  • 413
  • 0
• GIẢI PHÁP HOÀN THIỆN CÔNG TÁC THẨM ĐỊNH CÁC DỰ ÁN XIN VAY VỐN TRONG LĨNH VỰC SẢN XUẤT THÉP XÂY DỰNG TẠI NGÂN HÀNG TMCP ĐẠI DƯƠNG
  • 15
  • 402
  • 0

Tải bản đầy đủ (.doc) (82 trang)

Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

(1.38 MB) - Kỹ thuật ofdm và một vài ứng dụng trong thông tin vô tuyến luận văn tốt nghiệp đại học -82 (trang) Tải bản đầy đủ ngay ×