Đồ Án Kỹ thuật điều chế đa sóng mạng : Nguyên lý & ứng dụng của OFDM

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.


MỤC LỤC

Mở đầu

Mục lục

Chương 1 Giới thiệu về truyền dẫn số

1.1 Truyền dẫn ở băng tần cơ sở BaseBand . 6


1.1.1 Tín hiệu số 6


1.1.2 Mã đường dây Line Code . 7


1.2 Truyền dẫn BroadBand 12


1.2.1 Amplitude Shift Keying . 12


1.2.2 Frequency Shift Keying . 14


1.2.3 Phase Shift Keying . 16


1.2.4 Quadrature Amplitude Modulation 18


1.3 Giới thiệu về OFDM . 19


Chương 2 Nguyên lý cơ bản của OFDM

2.1 Trực giao trong OFDM . 26


2.2 Thu phát tín hiệu OFDM . 30


2.2.1 Chuyển đổi nối tiếp song song . 31


2.2.2 Điều chế sóng mang phụ 32


2.2.3 Chuyển đổi từ miền tần số sang miền thời gian . 32


2.2.4 Điều chế tần số vô tuyến 33


2.3 Khoảng bảo vệ GI (Guard Interval) 34


2.3.1 Chống lỗi do dịch thời gian 35


2.3.2 Chống nhiễu giữa các symbol 36


2.3.3 Mào đầu và phân cách sóng mang : . 38


2.4 Hạn dải và tạo cửa sổ cho tín hiệu OFDM 39


2.4.1 Lọc thông dải . 40


2.4.2 Sử dụng dải bảo vệ dạng cos nâng . 42


Chương 4 Đồng bộ và Cân bằng

4.1 Đồng bộ . 43


4.1.1 Dịch thời gian và tần số trong OFDM 43


4.1.2 Đồng bộ trong hệ thống OFDM . 46


4.1.3 Đồng bộ thời gian và đồng bộ khung . 47


4.1.4 Ước lượng dịch tần số 48


4.2 Cân bằng 49


4.2.1 Cân bằng trong miền thời gian . 50


4.2.2 Cân bằng trong miền tần số 52


4.2.3 Khử tiếng vọng . 55


Chương 5 M∙ hóa kênh

5.1 Mã hóa khối trong OFDM 61


5.2 Mã hóa vòng xoắn . 65


5.3 Mã hóa mắt lưới 68


5.4 Mã hóa Turbo trong OFDM 71


Chương 6 ứng dụng OFDM trong thông tin vô tuyến

6.1 Phát thanh số DAB 74


6.1.1 Giới thiệu 74


6.1.2 Hệ thống phát thanh số DAB theo chuẩn Châu âu . 76


6.2 Truyền hình số DVB . 78


6.2.1 Giới thiệu 78


6.2.2 Truyền hình số chuẩn Châu Âu DVB-T . 80


6.3 Mạng LAN không dây 84


Chương 7 ứng dụng OFDM trong thông tin hữu tuyến

7.1 Đường dây thuê bao số bất đối xứng ADSL . 89


7.1.1 Giới thiệu ADSL 89


7.1.2 Đặc tính của kênh truyền . 90


7.1.3 Hệ thống ADSL 93


7.2 Truyền thông qua đường dây tải điện PLC . 95


7.2.1 Giới thiệu PLC . 95


7.2.2 Đặc tính của kênh truyền . 96


7.2.3 Hệ thống PLC . 99


Kết luận


Một số thuật ngữ dùng trong đồ án


Tài liệu tham khảo