Luận Văn Điều chế đa sóng mang

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.
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. Với thời gian và kiến thức còn hạn hẹp nên chắc chắn đồ án này còn nhiều thiếu sót, vì vậy em mong muốn nhận được sự đóng góp của các thầy cô và bạn bè đồng nghiệp.
Nhân đây em xin chân thành cảm ơn thầy Kiều Tất Thành đã tận tình giúp đỡ chỉ bảo trong suốt quá trình thực hiện đồ án này.

Contents
Mục lục 0
Mở đầu 1
Chương 1 Giới thiệu về truyền dẫn số 3
1.1 Truyền dẫn ở băng tần cơ sở BaseBand 3
1.1.1 Tín hiệu số 3
1.1.2 Mã đường dây Line Code 4
1.2 Truyền dẫn BroadBand 9
1.2.1 Amplitude Shift Keying 9
1.2.2 Frequency Shift Keying 11
1.2.3 Phase Shift Keying 13
1.2.4 Quadrature Amplitude Modulation 15
1.3 Giới thiệu về OFDM 16
Chương 2 Nguyên lý cơ bản của OFDM 22
2.1 Trực giao trong OFDM 23
2.2 Thu phát tín hiệu OFDM 27
2.2.1 Chuyển đổi nối tiếp song song (Serial to Parallel) 28
2.2.2 Điều chế sóng mang phụ 29
2.2.3 Chuyển đổi từ miền tần số sang miền thời gian 29
2.2.4 Điều chế tần số vô tuyến (RF Modulation) 30
2.3 Khoảng bảo vệ GI (Guard Interval) 31
2.3.1 Chống lỗi do dịch thời gian 32
2.3.2 Chống nhiễu giữa các symbol (ISI) 33
2.3.3 Mào đầu và phân cách sóng mang : 35
2.4 Hạn dải và tạo cửa sổ cho tín hiệu OFDM 36
2.4.1 Lọc thông dải 37
2.4.2 Sử dụng dải bảo vệ dạng cos nâng 39
Chương 3 Đồng bộ và Cân bằng 40
3.1 Đồng bộ 40
3.1.1 Dịch thời gian và tần số trong OFDM 40
3.1.2 Đồng bộ trong hệ thống OFDM 43
3.1.3 Đồng bộ thời gian và đồng bộ khung 44
3.1.4 Ước lượng dịch tần số 45
3.2 Cân bằng 46
3.2.1 Cân bằng trong miền thời gian 47
3.2.2 Cân bằng trong miền tần số 49
3.2.3 Khử tiếng vọng 52
Chương 4 Mã hóa kênh 58
4.1 Mã hóa khối trong OFDM 58
4.2 Mã hóa vòng xoắn (Convolutional Coding) 62
4.3 Mã hóa mắt lưới (Trellis Coding) 65
4.4 Mã hóa Turbo trong OFDM 68
Chương 5 ứng dụng của OFDM trong thông tin vô tuyến 71
5.1 Phát thanh số DAB 71
5.1.1 Giới thiệu 71
5.1.2 Hệ thống phát thanh số DAB theo chuẩn Châu âu 73
5.2 Truyền hình số DVB 75
5.2.1 Giới thiệu 75
5.2.2 Truyền hình số chuẩn Châu Âu DVB-T 77
5.3 Mạng LAN không dây (Wireless LAN) 81
Chương 6 ứng dụng OFDM trong thông tin hữu tuyến 86
6.1 Đường dây thuê bao số bất đối xứng ADSL 86
6.1.1 Giới thiệu ADSL 86
6.1.2 Đặc tính của kênh truyền 87
6.1.3 Hệ thống ADSL 90
6.2 Truyền thông qua đường dây tải điện PLC 92
6.2.1 Giới thiệu PLC 92
6.2.2 Đặc tính của kênh truyền 93
6.2.3 Hệ thống PLC 96
Kết luận 98
Một số thuật ngữ dùng trong đồ án 100
Tài liệu tham khảo 104