Đồ Án Đồng bộ trong hệ thống OFDM và OFDMA. Xây dựng chương trình C truyền dữ liệu giữa hai máy tính bằng

LỜI NÓI ĐẦUNgày nay, nhu cầu truyền thông không dây ngày càng tăng, đặc biệt là hệ thống thông tin di động do tính linh hoạt, mềm dẻo, di động và tiện lợi của nó. Các hệ thống thông tin vô tuyến hiện tại và tương lai ngày càng đòi hỏi có dung lượng cao hơn, độ tin cậy tốt hơn, sử dụng băng thông hiệu quả hơn, khả năng kháng nhiễu tốt hơn. Hệ thống thông tin truyền thống và các phương thức ghép kênh cũ không còn khả năng đáp ứng được các yêu cầu của hệ thống tương lai. Phổ tần là một tài nguyên vô cùng quan trọng trong thông tin vô tuyến. Sử dụng triệt để phổ tần là vấn đề cấp thiết. Một giải pháp được đưa ra là việc sử dụng kỹ thuật ghép kênh đa sóng mang trực giao OFDM cùng kỹ thuật đa truy nhập các sóng mang trực giao OFDMA vào truyền thông vô tuyến, góp phần tạo nên hệ thống thông tin vô tuyến hoàn thiện hơn. OFDM là giải pháp công nghệ khắc phục nhược điểm về về hiệu quả sử dụng phổ tần thấp của các hệ thống thông tin di động trước đây. OFDM sử dụng kỹ thuật tạo ra các sóng mang con trực giao để truyền dữ liệu, giúp cho việc sử dụng băng tần kênh tối ưu.
Trong đồ án này, chúng ta sẽ tìm hiểu về kỹ thuật OFDM, kỹ thuật đa truy nhập OFDMA và ứng dụng các kỹ thuật đó cho việc tạo ra hệ thống thông tin vô tuyến có nhiều ưu điểm hơn so với các hệ thống cũ.
Với kiến thức cơ bản tiếp thu được trong quá trình học tập tại trường đại học Bách Khoa Hà Nội cùng với sự định hướng, giúp đỡ của thầy giáo Ths. Nguyễn Quốc Khương, em đã chọn đề tài: “Nghiên cứu kỹ thuật điều chế đa sóng mang trực giao OFDM và kỹ thuật đa truy nhập OFDMA - vấn đề đồng bộ trong hai kỹ thuật này”.
Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trường đại học Bách Khoa Hà Nội đã dạy dỗ, chỉ bảo em trong quá trình học tập ở trường. Đặc biệt em xin chân thành cảm ơn thầy giáo Ths. Nguyễn Quốc Khương đã tận tình giúp đỡ và chỉ bảo trong quá trình thực hiện đồ án này.
Với thời gian và kiến thức còn hạn hẹp nên đồ án không tránh khỏi tồn tại nhiều thiếu sót. Em mong sẽ nhận được sự chỉ bảo, góp ý của thầy cô và các bạn. Mong rằng đề tài này sẽ được hoàn thiện hơn nữa.

TÓM TẮT ĐỒ ÁNTrong đồ án này, chúng ta sẽ tìm hiểu về hệ thống thông tin vô tuyến nói chung và hệ thống sử dụng kỹ thuật điều chế đa sóng mang trực giao OFDM, kỹ thuật đa truy nhập sử dụng đa sóng mang trực giao là OFDMA nói riêng. Ta sẽ tìm hiểu về mô hình hệ thống OFDM, tạo và thu tín hiệu OFDM, phân tích ảnh hưởng của nhiễu lên hệ thống vô tuyến, hiệu quả của việc sử dụng phổ tần trong hệ thống OFDM, đặc biệt là vấn đề đồng bộ trong hệ thống Qua đó xây dựng mô hình truyền OFDMA qua card âm thanh của máy tính. Cụ thể đồ án được chia làm 5 chương như sau:
Chương 1: Những vấn đề chung.
Chương 2: Nguyên lý cơ bản kỹ thuật OFDM.
Chương 3: Kỹ thuật đồng bộ trong OFDM.
Chương 4: Kỹ thuật đồng bộ trong OFDMA.
Chương 5: Xây dựng mô hình truyền OFDM qua card âm thanh của máy tính và kết quả.
Abstract
In this thesis, we will consider about wireless information system and wireless system which uses Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) and Orthogonal Frequency Division Multiplexing Access (OFDMA) in particular. We will go into details for OFDM system model, creating and receiving OFDM signal for transmit and receiver it, analyzing the effect of noise to wireless system, the efficiency of spectrum using in OFDM system, especially the synchronization problem in OFDM, OFDMA Thereby, we’ll build a model of OFDMA system with the computer's sound card. Project is divided into 5 chapters as follows:
Chapter 1: The general knowledge.
Chapter 2: The basic characteristic of OFDM.
Chapter 3: The synchronization in OFDM.
Chapter 4: The synchronization in OFDMA.
Chapter 5: Building a model of transmission and receiving data through the computer’s sound card with OFDM and results.
MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 4
TÓM TẮT ĐỒ ÁN 5
MỤC LỤC 6
Chương 1. Những vấn đề chung. 15
1.1. Giới thiệu về mạng thông tin vô tuyến. 15
1.2. Các hệ thống thông tin vô tuyến. 17
1.3. Các hiện tượng điển hình trong lĩnh vực truyền thông vô tuyến. 17
1.4. Suy hao đường truyền vô tuyến. 20
1.4.1. Suy hao truyền dẫn. 20
1.4.2. Hiện tượng trễ đa đường (Multipath fading). 21
Chương 2. Nguyên lý cơ bản kỹ thuật OFDM . 26
2.1. Tổng quan về OFDM . 26
2.1.1. Kỹ thuật điều chế đơn sóng mang. 26
2.1.2. Phương pháp điều chế đa sóng mang FDM . 26
2.1.3. Phương pháp điều chế đa sóng mang trực giao OFDM . 27
2.2. Sự trực giao trong OFDM (ORTHOGONAL). 31
2.2.1. Sự trực giao trong miền thời gian của tín hiệu OFDM . 31
2.2.2. Sự trực giao trong miền tần số của tín hiệu OFDM . 33
2.3. Mô hình hệ thống OFDM . 34
2.4. Các nhân tố ảnh hưởng lên hệ thống và cách khắc phục. 36
2.4.1. Nhiễu ISI và cách khắc phục. 36
2.4.2. Nhiễu ICI và cách khắc phục. 39
2.4.3. Cải thiện hiệu năng hệ thống trên cơ sở sử dụng mã Gray. 40
2.4.4. Nâng cao hiệu quả sử dụng phổ tần. 42
Chương 3. Kỹ thuật đồng bộ trong OFDM . 47
3.1. Mở đầu. 47
3.2. Tổng quan về đồng bộ trong OFDM . 47
3.2.1. Nhận biết khung. 48
3.2.2. Ước lượng và bù khoảng dịch tần số FOE 51
3.2.3. Bám đuổi lỗi thặng dư. 53
3.3. Đồng bộ kí tự. 54
3.3.1. Lỗi thời gian và thực hiện đồng bộ. 55
3.4. Đồng bộ tần số. 64
3.4.1. Đồng bộ tần số lấy mẫu. 66
3.4.2. Đồng bộ tần số sóng mang. 67
3.5. Ảnh hưởng của sai lỗi đồng bộ tới chỉ tiêu chất lượng hệ thống. 73
3.6. Kết luận. 75
Chương 4. Kỹ thuật đồng bộ trong OFDMA 77
4.1. Mở đầu. 77
4.2. Cơ bản về kỹ thuật OFDMA 77
4.2.1. Các giao thức OFDMA 78
4.2.2. Cấu trúc kí hiệu OFDMA và phân kênh con. 80
4.2.3. Đặc điểm 83
4.2.4. Phương pháp ghép (Duplexing). 86
4.3. Phân tích khung Downlink và phương thức đồng bộ OFDMA 86
Chương 5. Xây dựng mô hình truyền OFDM qua card âm thanh của máy tính và kết quả 92
5.1. Mở đầu. 92
Xây dựng mô hình. 93
5.2. Chương trình truyền OFDM và OFDMA 94
5.3. Hướng phát triển hệ thống. 100
Kết quả đạt được. 103
5.4. Kết luận. 104
KẾT LUẬN CHUNG 105
TÀI LIỆU THAM KHẢO 106