Đồ Án Kỹ thuật điều chế đa sóng mang Nguyên lý và 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 5
1.1.1 Tín hiệu số 5
1.1.2 Mã đường dây Line Code 6
1.2 Truyền dẫn BroadBand 11
1.2.1 Amplitude Shift Keying 11
1.2.2 Frequency Shift Keying 13
1.2.3 Phase Shift Keying 15
1.2.4 Quadrature Amplitude Modulation 17
1.3 Giới thiệu về OFDM 18
Chương 2 Nguyên lý cơ bản của OFDM
2.1 Trực giao trong OFDM 25
2.2 Thu phát tín hiệu OFDM 29
2.2.1 Chuyển đổi nối tiếp song song 30
2.2.2 Điều chế sóng mang phụ 31
2.2.3 Chuyển đổi từ miền tần số sang miền thời gian 31
2.2.4 Điều chế tần số vô tuyến 32
2.3 Khoảng bảo vệ GI (Guard Interval) 33
2.3.1 Chống lỗi do dịch thời gian 34
2.3.2 Chống nhiễu giữa các symbol 35
2.3.3 Mào đầu và phân cách sóng mang : 37
2.4 Hạn dải và tạo cửa sổ cho tín hiệu OFDM 38
2.4.1 Lọc thông dải 39
2.4.2 Sử dụng dải bảo vệ dạng cos nâng 41
Chương 4 Đồng bộ và Cân bằng
4.1 Đồng bộ 42
4.1.1 Dịch thời gian và tần số trong OFDM 42
4.1.2 Đồng bộ trong hệ thống OFDM 45
4.1.3 Đồng bộ thời gian và đồng bộ khung 46
4.1.4 Ước lượng dịch tần số 47
4.2 Cân bằng 48
4.2.1 Cân bằng trong miền thời gian 49
4.2.2 Cân bằng trong miền tần số 51
4.2.3 Khử tiếng vọng 54
Chương 5 Mã hóa kênh
5.1 Mã hóa khối trong OFDM 60
5.2 Mã hóa vòng xoắn 64
5.3 Mã hóa mắt lưới 67
5.4 Mã hóa Turbo trong OFDM 70
Chương 6 ứng dụng OFDM trong thông tin vô tuyến
6.1 Phát thanh số DAB 73
6.1.1 Giới thiệu 73
6.1.2 Hệ thống phát thanh số DAB theo chuẩn Châu âu 75
6.2 Truyền hình số DVB 77
6.2.1 Giới thiệu 77
6.2.2 Truyền hình số chuẩn Châu Âu DVB-T 79
6.3 Mạng LAN không dây 83
Chương 7 ứng dụng OFDM trong thông tin hữu tuyến
7.1 Đường dây thuê bao số bất đối xứng ADSL 88
7.1.1 Giới thiệu ADSL 88
7.1.2 Đặc tính của kênh truyền 89
7.1.3 Hệ thống ADSL 92
7.2 Truyền thông qua đường dây tải điện PLC 94
7.2.1 Giới thiệu PLC 94
7.2.2 Đặc tính của kênh truyền 95
7.2.3 Hệ thống PLC 98
Kết luận
Một số thuật ngữ dùng trong đồ án
Tài liệu tham khảo