Đồ Án Nghiên cứu và mô phỏng hệ thống OFDM

Lời Nói Đầu
OFDM là một ứng cử viên sáng giá cho các hệ thống thông tin tốc độ cao, do
đó ngày càng có nhiều hệ thống thông tin ứng dụng kĩ thuật OFDM. Việc ước lượng
kênh truyền đóng vai trò quan trọng trong các hệ thông thông tin nói chung và hệ thống OFDM nói riêng
Với niềm đam mê trong lĩnh vực DSP cùng với ham muốn tìm hiểu kỹ thuật OFDM, em đã chọn đề tài nghiên cứu này cho đồ án tốt nghiệp của mình
Em xin chân thành cảm ơn nhà trường đã tạo điều kiện, cám ơn sự dạy bảo tận tình của các thầy cô trong khoa Điện Tử Viễn Thông cũng như các thầy cô khác trong trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội, đã giúp em hoàn thành đồ án tốt nghiệp này.
Đặc biệt, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy giáo Nguyễn Thành Chuyên, người hướng dẫn của em đã tận tình chỉ bảo em trong suốt quá trình em thực hiện đồ án. Giúp em hoàn thành tốt đồ án này.
Để có được kết quả như ngày hôm nay, em rất biết ơn gia đình đã động viên
khích lệ, tạo mọi điều kiện tốt nhất trong quá trình học tập, cũng như quá trình em thực hiện đồ án tốt nghiệp này.
Mặc dù em đã có nhiều cố gắng nhưng chắc chắn đồ án còn nhiều thiếu sót, em rất mong nhận được sự chỉ bảo của thầy cô cùng các bạn.

TÓM TẮT ĐỒ ÁN

Đồ án tập trung nghiên cứu kỹ thuật ghép kênh phân chia theo tần số trực giao (OFDM). Trình bày lý thuyết và sơ đồ khối của hệ thống, những ưu điểm của kỹ thuật OFDM sơ với FDM, ứng dụng của kỹ thuật OFDM vào các dịch vụ viễn thông hiện nay. Nêu các đặc tính của kênh truyền vô tuyến, các mô hình kênh truyền cũng như ảnh hưởng của nhiễu và môi trường lên tín hiệu vô tuyến. Bên cạnh đó, bên thu sử dụng bộ lọc cân bằng Zero Forcing (ZF) để cân bằng tín hiệu. Mô phỏng truyền file text hoặc image qua kênh truyền có nhiễu trắng (AWGN) và biễu diễn tỉ lệ lỗi bit (BER) bằng phần mêm mô phỏng Matlab 7.11

Projects focused technical research Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM). Present theory and block diagram of the system, the advantages of OFDM technique compared with FDM, Applied OFDM technique into the current telecommunications services. The characteristics of the radio channel, the channel model as well as the influence of noise on radio signals. Besides, the revenues Equalizer filter using Zero Forcing (ZF) to balance the signal. Simulate text or image transmission over Add White Gauss Noise( (AWGN) and performing bit error rate (BER) using simulation software Matlab 7:11

Mục Lục

LỜI NÓI ĐẦU 3
MỤC LỤC 4
DANH MỤC HÌNH VẼ 7
DANH SÁCH BẢNG BIỂU 9
CÁC TỪ VIẾT TẮT 10
TÓM TẮT ĐỒ ÁN 14
CHƯƠNG 1:GIỚI THIỆU 15
1.1. Giới thiệu chung 15
1.2. Mục đích của đồ án 15
1.3. Bố cục đồ án 15
CHƯƠNG 2:LÝ THUYẾT VỀ KỸ THUẬT OFDM 17
2.1. Khái niệm OFDM 17
2.2. Tính trực giao trong OFDM 18
2.2.1. Dạng biểu diễn toán học của sự trực giao 21
2.2.2. Trực giao trong miền tần số 22
2.3. Cấu trúc của tín hiệu OFDM 23
2.4. Sơ đồ khối của hệ thống OFDM 25
2.4.1. Bộ chuyển đổi nối tiếp song song 26
2.4.2. Điều chế các sóng mang con 27
2.4.2.1. M-PSK (M-Phase shitf keying) 28
2.4.2.2. M-QAM 30
2.4.3. Bộ IFFT và FFT ( Inverse Fast Fourier Transform, Fast Fourier Transform) 31
2.4.3.1. Phép biến đổi ngược Fourier rời rạc IDFT 33
2.4.3.2. Phép biến đổi Fourier nhanh 35
2.4.4. Chèn khoảng bảo vệ (Guard Interval Insertion và Guard Interval Removal) 35
2.4.5. Bộ biến đổi D/A và A/D 39
2.5. Ưu nhược điểm của hệ thống OFDM 39
2.5.1. Ưu điểm 39
2.5.2. Nhược điểm 40
CHƯƠNG 3: MÔI TRƯỜNG TRUYỀN DẪN VÔ TUYẾN 41
3.1. Đặc tính chung của kênh truyền vô tuyến 41
3.1.1. Định nghĩa Fading 41
3.1.2. Hiệu ứng Doppler 44
3.1.3. Ảnh hưởng của Nhiễu Trắng (AWGN) lên hệ thống OFDM 45
3.2. Các mô hình kênh cơ bản 46
3.2.1. Kênh truyền Rayleigh 46
3.2.2. Kênh truyền Ricean 47
CHƯƠNG 4: KHÔI PHỤC KÊNH TRUYỀN VÀ CÂN BẰNG TÍN HIỆU CHO HỆ THỐNG OFDM 49
4.1. Giới thiệu 49
4.2. Khôi phục kênh truyền 50
4.2.1. Điều chế ký tự thêm vào 51
4.2.2. Sự sắp xếp các pilot 52
4.2.2.1. Sắp xếp các pilot dạng khối 53
4.2.2.2. Sắp xếp các pilot dạng lược 53
4.2.2.3. Nguyên tắc chèn pilot ở miền tần số và miền thời gian 54
4.3. Cân bằng kênh 55
4.3.1. Lý thuyết về cân bằng kênh 55
4.3.2. Cân bằng kênh truyền bằng bộ lọc ZF 56
CHƯƠNG 5: ỨNG DỤNG CỦA KỸ THUẬT OFDM 60
5.1. Hệ thống DRM 60
5.2. Phát thanh số DAB (Digital Audio Broadcasting) 61
5.3. Truyền hình số mặt đất DVB–T (Digital Video Broadcasting-Terrestrial) 63
5.3.1. Truyền hình số mặt đất DVB-T 63
5.3.2. Điện thoại di động trong hệ thống truyền hình số mặt đất DVB-T 64
5.5. Hệ thống HiperLAN/2 (IEEE802.11a) 67
5.6. Hệ thống WiMax (IEEE 802.16 a, e) 67
5.7. Thế hệ thông tin di động 4G 70
CHƯƠNG 6: MÔ PHỎNG 71
6.1. Giới thiệu các khối 71
6.1.1. Khối đọc dữ liệu và chuyển thành chuỗi nhị phân 71
6.1.2. Khối phát OFDM 72
6.1.3. Khối kênh truyền 74
6.1.4. Khối thu OFDM 74
6.1.5. Khối chuyển đổi nhị phân thành dữ liệu và hiển thị kết quả 74
6.2. Lưu đồ giải thuật 75
6.2.1. Bên phát 76
6.2.2. Kênh truyền 77
6.2.3. Bên thu 77
6.3. Giao diện chương trình 79
6.4. Kết quả mô phỏng truyền các file (giao diện ‘TRUYỀN FILE’) 82
6.4.1. Truyền file văn bản 82
6.4.1. Truyền file văn bản 86
6.5. Kết quả mô phỏng BER theo SNR của các giải thuật và các yếu tố khác 89
6.5.1. Ảnh hưởng của khoảng bảo vệ 89
6.5.2. Ảnh hưởng của số sóng mang con mang dữ liệu 90
6.5.4. Ảnh hưởng của phương pháp cân bằng kênh 92
6.6. Nhận xét chung 92
CHƯƠNG 7: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 94
7.1. Kết luận 94
7.2. Hạn chế của đề tài 94
7.3. Hướng phát triển của đề tài 94
TÀI LIỆU THAM KHẢO 96