Công nghệ ofdm và ứng dụng trong truyền hình số mặt đất

Hiện nay công nghệ OFDM đã và đang được nghiên cứu ứng dụng trong lĩnh vực thông tin vố tuyến. Công nghệ này là lựa chọn kết hợp giữa các phương pháp điều chế cổ điển và các phương pháp đa truy cập vô tuyến ứng dụng của OFDM sẽ dành cho mạch vòng vô tuyến nội hạt ,LAN vô tuyến , dịch vụ truyền thông cá nhân tế bào. Các hệ thống đa truy cập dựa trên OFDM như OFDM –TDMA và MC-CDMA đang được xem xét tới như một thế hệ tiếp theo của hệ thống vô tuyến nhiều người sử dụng. Ghép kênh theo tần số trực giao Orthogonal Frequency Division Multiplexing(OFDM) rất giống với ghép kênh theo tần số Frequency Division Multiplexing (FDM) truyền thống .OFDM sử dụng những nguyên lý của FDM để cho phép nhiều tin tức sẽ được gửi qua một kênh Radio đơn . Tuy nhiên nó cho phép hiệu quả phổ tốt hơn . Mục lục PHẦN 1 LÝ THUYẾT VỀ CÔNG NGHỆ OFDM CHƯƠNG 1 : KHÁI QUÁT CHUNG VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN VÔ TUYẾN 1.LỊCH SỬ PHÁT TRIỄN HỆ THỐNG CELLULAR 2.CẤU HÌNH HỆ THỐNG CELLULAR CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ TRUYỀN SÓNG 2.1 TẦN SỐ VÀ ĐẶT TÍNH SÓNG VÔ TUYẾN 2.2 PHÂN LOẠI TRUYỀN SÓNG 2.3 ĐẶC ĐIỂM CỦA TRUYỀN SÓNG DI ĐỘNG MẶT ĐẤT CHƯƠNG 3 : LỊCH SỬ PHÁT TRIỄN CỦA CÔNG NGHỆ OFDM 3.1 CUỘC CÁCH MẠNG CỦA HỆ THỐNG THÔNG TIN 3.2 CÁC CÔNG NGHỆ ĐA TRUY CẬP 3.3 SỰ PHÁT TRIỄN CÔNG NGHỆ CDMA CHƯƠNG 4 : TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT ĐIỀU CHẾ OFDM A. NGUYÊN LÝ CƠ BẢN CỦA OFDM 4.1. ĐA SÓNG MANG (MULTICARRIER ) 4.2 SỰ TRỰC GIAO (ORTHOGONAL) 4.3 TẠO VÀ THU OFDM 4.4 KHOẢNG BẢO VỆ (GUARD PERIOD) 4.5 GIỚI HẠN BĂNG THÔNG CỦA OFDM VÀ CỬA SỔ 4.6 KHOẢNG BẢO VỆ COSIN TĂNG RC (RAISED COSINE GUARD PERIOD ) 4.7 ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỄU GAUSS TRẮNG CỘNG AWGN (ADDITIVE WHITE GAUSSIAN NOISE ) ĐẾN OFDM. 4.8 ẢNH HƯỞNG CỦA MÉO TỚI OFDM 4.9 ÀNH HƯỞNG CỦA LỖI ĐỒNG BỘ THỜI GIAN 4.10 ÀNH HƯỞNG CỦA LỔI ĐỒNG BỘ TẦN SỐ PHẦN 2 : MÔ PHỎNG VÀ ỨNG DỤNG CỦA ĐIỀU CHẾ OFDM TRONG KỸ THUẬT VIỄN THÔNG I.1 GHÉP KÊNH THEO TẦN SỐ TRỰC GIAO OFDM 5.1.1 QUẢNG BÁ AUDIO SỐ DAB (DIGITAL AUDIO BROADCASTING) 5.1.2 QUẢNG BÁ VIDEO SỐ DVB(DIGITAL VIDEO BROADCASTING ) I.2 TIÊU CHUẨN OFDM DVB-T I.3 CÁC BƯỚC CHÍNH THỰC HIỆN CHUẨN NÀY NHƯ SAU I.3.1 CÁC HỆ THỐNG QUẢNG BÁ TRUYỀN HÌNH SỐ I.3.2 Hệ thống quảng bá truyền hình số vệ tinh DVB – S I.3.3 Hệ thống quảng bá truyền hình số hữu tuyến DVB-C HƯỚNG PHÁT TRIỄN ĐỀ TÀI KẾT LUẬN

pdf78 trang | Chia sẻ: lvcdongnoi | Ngày: 13/06/2013 | Lượt xem: 2197 | Lượt tải: 2download
Bạn đang xem nội dung tài liệu Công nghệ ofdm và ứng dụng trong truyền hình số mặt đất, để tải tài liệu về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
tone pilot .Dạng cân bằng này là chính xác và dẫn đến lỗi tại chỗ cực tiểu , như vậy cho phép SNR trung bình cao .Ngoài ra , những người sử dụng trong OFDM được duy trì trực giao với nhau nhờ dùng ghép kênh theo thời gian hoặc ghép kênh theo tần số đồng bộ ,giảm thiểu can nhiễu giữa những người sử dụng.Cả hai ưu điểm này có nghĩa rằng SNR kênh hiiệu quả cao có thể được duy trì thậm chí trong môi trường nhiều người sử dụng multipath .Tiềm năng này cho SNR cao có nghĩa rằng các sơ đồ điều chế bậc cao có thể được sử dụng trong các hệ thống OFDM, cho phép cải thiện hiệu quả phổ của hệ thống . Hơn nữa mỗi tải phụ có thể được phân một sơ đồ điều chế khác nhau dựa trên các điều kiện kênh thực tế đo được .Các phép đo này có thể đạt được dễ dàng như một phần của bước kênh cân bằng kênh, cho phép các tải phụ được phân phối động các sơ đồ điều chế dựa trên SNR của mỗi tải phụ .Những sự thay đổi SNR này xuất hiện do can nhiễu, khoảng cách truyền, fading chọn lọc tần số v.v..Kỹ thuật này được biết như điều chế thích nghi. Các tải phụ với SNR thấp có thể được phân phối dùng BPSK (1b/s/Hz) hoặc để không truyền dữ liệu. Các tải phụ SNR cao có thể truyền các sơ đồ điều chế cao như 256-QAM (8b/s/Hz),cho phép công suất hệ thống cao hơn .Việc phân phối điều chế linh hoạt trong OFDM cho phép chúng được tối ưu các điều kiện thực tế của địa phương ,hơn là dùng sơ đồ điều chế thấp để đảm bảo hệ thống hoạt động trong các điều kiện xấu nhất . 4.7.4 MÃ GRAY Giản đồ IQ cho sơ đồ điều chế chỉ ra vecto truyền cho tất cả các liên hợp từ dữ liệu .Mỗi liên hợp từ dữ liệu phải được phân phối một vecto IQ duy nhất. Mã Gray là một phương pháp cho sự phân phối này ,sao cho các điểm cạnh nhau trong vòm sao chỉ khác nhau một bit đơn .Mã này giúp giảm thiểu tỉ lệ lỗi bit toàn bộ vì nó giảm cơ hội nhiều lỗi bit xảy ra từ một lỗi symbol đơn. Hình Mã Gray cho 16-PSK. Mã Gray có thể được sử dụng cho tất cả các sơ đồ điều chế PSK(QPSK, 8-PSK , 16-PSK…) và QAM (16-QAM ,256-QAM…) Decimal Gray Coding 0 0,0,0,0 1 0,0,0,1 2 0,0,1,1 3 0,0,1,0 4 0,1,1,0 5 0,1,1,1 6 0,1,0,1 7 0,1,0,0 Decimal Gray Coding 8 1,1,0,0 9 1,1,0,1 10 1,1,1,1 11 1,1,1,0 12 1,0,1,0 13 1,0,1,1 14 1,0,0,1 15 1,0,0,0 Hình 4.7.4h1 Giản đồ IQ của 16 – PSK khi dùng mã Gray.Mỗi vị trí IQ liên tiếp chỉ thay đổi một bit đơn . Hình 4.7.4 h2: Giản đồ IQ cho các dạng điều chế được sử dụng trong mô phỏng OFDM. 4.7.5 ĐIỀU CHẾ KẾT HỢP Điều chế kết hợp được thực hiiện bằng việc truyền các vecto dữ liệu chùm sao IQ với các góc pha tuyệt đối ,có nghĩa là nếu BPSK được sử dụng thì 00 và 1800 sẽ được truyền. Ở phía thu thì máy thu phải so sánh góc pha thu được với 00 hoặc 1800 .Những sự quay pha và thay đổi tỷ lệ biên độ (quan trọng với QAM) sẽ làm tăng tỷ lệ lỗi hoặc có thể phá hủy hoàn toàn thông tin .Có thể khắc phục vấn đề này nhờ dùng cân bằng kênh để loại bỏ sự thay đổi tỉ lệ biên độ của kênh trước khi giải điều chế .Có thể do sự quay pha của kênh và thay đổi tỷ lệ biên độ của kênh nhờ dùng symbol pilot và các tone pilot có chứa vecto phát IQ đã biết. Trong kênh tĩnh không có chuyển dịch đáp tyến kênh sẽ là cố định nên cứ mỗi lần phép đo và sửa được thực hiện thì dữ liệu sẽ được truyền một cách tin cậy. Tuy nhiên trong hầu hết các ứng dụng kênh vô tuyến là không tĩnh .Khi đó fading chọn lọc tần số sẽ gây ra suy giảm hoàn toàn trong phổ cứ mỗi lần chuyển dịch là xấp xỉ độ dài sóng ,làm cho đáp tuyến kênh thay đổi nhanh trong khi di chuyển. Việc thay đổi kênh yêu cầu phải được cập nhật liên tục trong cân bằng kênh, do vậy các symbol pilot và các tone phải được cài sẵn khi truyền .Số tín hiệu pilot càng lớn thì tốc độ thay đổi kênh càng nhanh, tuy nhiên điều này cũng làm giảm hiệu suất sử dụng kênh . 4.7.6 ĐIỀU CHẾ PHA VI SAI Môt phương pháp khác cho điều chế tải phụ là gửi dữ liệu vi sai .Thay cho việc gửi các symbol độc lập với nhau, người ta chỉ gửi đi những sai khác giữa các vecto symbol. Khóa dịch pha vi sai DPSK(Differential Phase Shift Keying ) là một phương pháp chung nhất cho việc gửi thông tin vi sai .Thay cho việc ánh xạ dữ liệu vào các góc pha tuyệt đối như trong trường hợp điều chế kết hợp. DPSK ánh xạ dữ liệu vào hiệu pha giữa các symbol. Pha được truyền đi tương ứng với tổng tích lũy của các hiệu pha. Ví dụ đối với QPSK vi sai mỗi symbol truyền 2 bit thông tin tương ứng với 4 hiệu pha khác nhau .Bảng 3,2(b) chỉ ra giản đồ IQ cho QPSK kết hợp D-QPSK có giản đồ IQ giống hệt ngoại trừ rằng mỗi liên hợp dữ liệu tương ứng với một hiệu pha .Phương pháp rõ ràng nhất để phân phối các liên hợp từ cho các hiệu pha là ánh xạ tuyến tính một liên hợp từ nhị phân cho một hiệu pha tuyến tính như mô tả hình 3.3 .Ví dụ nếu dữ liệu cần truyền là {1,0 1,1 0,1 0,1} thì vi sai sẽ là {1800.2700,00,900}.Như vậy nếu pha ban đầu là 00 thì pha sẽ được truyền sẽ là : {1800,(1800+2700)=900,(900+00)=900,(900+900)=1800}. Trong kênh có nhiễu các lỗi pha có thể làm cho pha thu được có thể nằm gần hơn với các liên hiệp hiệu pha sau hoặc trước đó ,gây ra lỗi symbol .Số bit lỗi phụ thuộc vào sự ánh xạ từ dữ liệu .Ánh xạ tuyến tính là không tối ưu vì nó bị bao bọc lỗi từ 2700 đến 00,gây ra lỗi bit kép (1,1)đến (0,0).Nhờ dùng mã Gray số lỗi bit có thể bị giảm với giả sử rằng các liên hiệp hiệu pha rất gần với nhau, chỉ khác nhau một bit trong từ dữ liệu . Từ dữ liệu Sai pha (ánh xạ tuyến tinh Sai Pha (Mã Gray ) 0,0 0,1 1,0 1,1 00 900 1800 2700 00 900 2700 1800 Hình 4.7.6 h1 Ánh xạ pha cho QPSK vi sai .Bảng này chỉ ra hai tùy chọn để phân phối các liên hợp từ dữ liệu cho hiệu pha được truyền đi . Điều chế vi sai có ưu điểm là loại bỏ sự quay pha của kênh loại bỏ sự cần thiết phải cân bằng kênh bổ sung Hơn nữa, sự theo dõi pha của kênh sẽ được cập nhật hiêu quả ở tốc độ symbol, do vậy có thể theo dõi kênh rất nhanh .Kết quả là điều chế vi sai kết hợp cho thông tin di động.Nhược điểm của điều chế vi sai là có thể sử dụng ít sơ đồ điều chế ,đòi hởi tỉ số tín hiệu /nhiễu cao hơn 3 dB so với điều chế kết hợp. Pha của symbol đầu ra tương ứng với hiệu pha giữa giữa các symbol hiện tại và trức đó và kết quả là nhiễu symbol được tăng gấp đôi (giảm chỉ tiêu khoảng 3dB) so với nhiễu pha của symbol đơn ( như được dùng trong điều chế kết hợp). 4.7.7 .VI SAI QAM Các đồ thị biễu diễn BER như là hàm của tỉ số năng lượng trong một bit /nhiễu EBNR(Energy per Bit to Noise Ratio).Đó là phép đo hiệu quả năng lượng của sơ đồ điều chế .Nếu cần có EBNR cao hơn để truyền dữ kiệu đối với sơ đồ điều chế đã cho thì có nghĩa là cần nhiều năng lượng hơn để truyền mỗi bit .Các sơ đồ điều chế hiệu quả phổ thấp như BPSK và QPSK đòi hởi EBNR (Energy per bit to Noise Ratio) thấp và do vậy hiệu quả năng lượng cao hơn. Đối với một hệ thống bị hạn chế về mặt công suất với băng thông không bị giới hạn, có thể đạt dữ liệu cực đại nhờ dùng BPSK hoặc QPSK. Tuy nhiên trong các ứng dụng mà băng thông có sẵn bị hạn chế thì tốt độ dữ liệu đạt cực đại nhờ dùng các sơ đồ điều chế hiệu quả hơn như 256-QAM. Các giản đồ hình 4.7.7h chỉ ra mối quan hệ BER theo SNR tính từ EBNR. SNR cho mỗi dạng điều chế khi tính tới số bit trong một symbol và do vậy công suất tín hiệu tương ứng với năng lượng /bit nhân với số bit /symbol. Trên thang logarith SNR có thể tính theo EBNR theo công thức: SNR=10log10(Nb)+EBNRdB Với SNR tính bằng dB ,Nb là số bit /Symbol với sơ đồ điều chế đã cho và EBNRdB là EBNR tính bằng bB.Ví dụ đối với 256-PSK số bit/symbol là 8 do đó SNR là 10log10(8)+EBNR = 40dB thì SNR là 49 dB. a) BPSK ,QPSK ,8-QAM,16-QAM,32-QAM,64-QAM Chú ý: BPSK và QPSK có cùng hìng biễu diễn EBNR. Hình 4.7.7h1: Các đồ thị biễu diễn BER theo EBNR để chọn lựa các sơ đồ điều chế OFDM.Số tương ứng với mỗi đường chỉ ra sơ đồ điều chế . b)128-QAM,256-QAM,512-QAM,1024-QAM,2048-QAM,4096-QAM c) 8-PSK,16-PSK ,32-PSK,64-PSK, 128-PSK,256-PSK d) D-BPSK,D-QPSK ,D-16QAM ,D64-QAM,D256-QAM ,D1024-QAM ,D- 4096QAM e)D-8PSK,D-16PSK,D-32PSK,D-64PSK,D-128PSK,D-256PSK. Các đồ thị biễu diễn BER theo EBNR để chọn lựa các sơ đồ điều chế OFDM .Số tương ứng của mỗi đường chỉ ra sơ đồ điều chế .Ví dụ như các số 8,16,32 có nghĩa là D-8PSK,D-16PSK và D-32PSK với D là vi sai . Hình 4.7.7.h2 Cho sự so sánh giữa tất cả các sơ đồ điều chế được mô phỏng.Nó chỉ ra SNR cần thiết cho BER cố định là 1.10-5 .QAM kết hợp đòi hởi SNR nhỏ nhất ,trong khi PSK vi sai là xấu nhất .Nó cũng chỉ ra giới hạn Shannon ,biễu diễn SNR thấp nhất có thể đối với hiệu quả phổ khi thông tin không lỗi .Đối với BER đã cho QAM kết hợp xấu hơn giới hạn Shannon khoảng 7.5dB .Đối với QAM SNR cần thiết đối với BER cố định tăng khoảng 3dB đối với mỗi b/s/Hz trong hiệu quả phổ điều này phù hợp với cùng độ dốc như giới hạn Shannon .Trong khi đó với PSK SNR cần thiết tăng khoảng 6bB cho mỗi b/s/Hz bổ sung ,có nghĩa là thông lượng kênh của các kỹ thuật điều chế PSK xấp xỉ bằng mộ nửa của QAM với cùng SNR .Hiệu xuất thấp của PSK là do hậu quả không dùng hết không gian vectơ IQ ,PSK chỉ dùng góc pha để biến đổi thông tin làm ngơ biên độ .QAM dùng cả biên độ pha để truyền tải thông tin do vậy nó hiệu quả hơn PSK. Hình 4.7.7.h2: SNR cần thiết để duy trì BER<1.10-5 đối với tất cả các sơ đồ điều chế mô phỏng .Các đồ thị cũng chỉ ra giới hạn Shannon .Chú ý rằng độ dốc của QAM là 3dB trên 1b/s/Hz,trong khi đó đối với PSK là 6dB. 4.8 ẢNH HƯỞNG CỦA MÉO TỚI OFDM Tín hiệu OFDM có công suất đỉnh cao so với công suất trung bình của nó và đó là vấ đề phải để ý tới .Khi sóng mang RF được điều chế với tín hiệu OFDM thì điều này sẽ dẫn tới sự thay đổi tương tự của đường bao sóng mang .Từ đó dẫn tới yêu cầu là tín hiệu phải được khuyếch đại và truyền đi trong cách tuyến tính .Việc duy trì độ tuyến tính cao ở mức công suất cao là rất khó khăn , do vậy hầu hết méo trong truyền vô tuyến thường xảy ra trong bộ khuyếch đại công suất của máy phát .Ngoài ra còn có thể có méo bổ sung trong máy thu nếu có được thiết kế không hợp lý .Tuy nhiên nhìn chung việc duy trì mức méo trong máy thu ở mức thấp nhất thì dễ hơn là duy trì nó trong máy phát .Méo trong máy phát gây ra mọi vấn đề trong chuỗi truyền dẫn ,vì nó có thể dẫn đến mở rộng phổ ,gây can nhiễu cho các hệ thống bên cạnh tần số RF .Do lý do này chỉ cần xem xét ảnh hưởng của méo trong máy phát. Tính phi tuyến trong truyền dẫn , dẫn đến hai sản phẩm méo chủ yếu, méo điều chế tương hỗ IMD (Inter- Modulation Distortion ) và các hài . Các hài là các thành phần tần số ở X lần tần số sóng mang RF với X là số nguyên. Ví dụ nếu tần số sóng mang RF với X là số nguyên .Ví dụ nếu tần số sóng mang là 900Mhz thì các hài sẽ xảy ra ở 1800Mhz, 2.7Ghz v.v…Có thể dễ dàng loại bỏ các hài nhờ bộ lọc băng thấp tương đối đơn giản ở đầu ra máy phát. IMD gây nhiều vấn đề hơn vì nó dẫn đến các thành phần méo, cả ở trong băng tần và ngoài băng tần nhưng gần với tần số truyền dẫn chính. Các thành phần này là kết quả của sự trộn giữa mỗi thành phần hài của hệ thống, và sự trộn kế tiếp giữa các sản phẩm IMD. Các thành phần trong băng tần tạo thành nhiễu cộng với tín hiệu OFDM ở máy thu, làm giảm SNR của hệ thống ,thậm chí ngay cả khi không có nguồn nhiễu khác. Các thành phần ngoài băng trải rộng tín hiệu theo tần số, gây can nhiễu với các tín hiệu thông tin vô tuyến khác trong các băng tần bên cạnh. Thậm chí nếu tín hiệu được hạn chế băng thông hoàn thiện trước khi đưa tới bộ khuyếch đại công suất máy phát, mở rộng phổ sẽ xảy ra nếu bộ khuyếch đại công suất, tuy nhiên sự giảm này là không nhiều vì các bộ lọc băng thông hoạt động ở tần số RF thường có đặt tuyến không thật tốt . Hình 4.8h1 : Ảnh hưởng của méo do 2 tín hiệu tone (gồm các hài và IDM). Để giảm méo phi tuyến phải chọn điểm làm việc phù hợp trong đặc tuyến vào ra của bộ khuyếch đại công suất back off OBO (Output power back off).Trong truyền dẫn OFDM dùng điều chế QPSK OBO là khoảng 2-3 bB vì QPSK là sơ đồ điều chế rất mạnh khoẻ ,chống lại được ảnh hưởng của méo .Các sơ đồ điều chế có hiệu suất băng thông cao hơn (ví dụ 16 QAM , 256-QAM..) nhạy cảm hơn với méo ì chúng yêu cầu SNR hiệu dụng cao hơn .Ví d5 16-QAM OBO là 16 dB ,với 64-QAM là khoảng 10dB. 4.8.1 MÔ HÌNH HÓA MÉO Méo là do tính phi tuyến của hệ thống .Nó cũng phụ thuộc vào dạng sóng của tín hiệu và mức công suất của nó .Tín hiệu có tỉ số công suất đỉnh trên công suất trung bình cao sẽ có chiều hướng có các đỉnh hoạt động gần phạm vi cực đại của bộ khuếch đại hơn sóng hình sinc ,với cùng một công suất trung bình.Giá trị méo phụ thuộc vào phân bố đường bao tín hiệu cũng như dạng phi tuyến của bộ khuyếch đại. Do vậy việc so sánh phân tích méo của một dạng tín hiệu so với một dạng khác là một việc khó. Có một cách để giảm ảnh hưởng của méo phi tuyến trong bộ khuyếch đại công suất máy là dùng tiền méo (predistorsion) có nghĩa là làm méo tín hiệu trước khi đưa vào bộ khuếch đại công suất theo cách sao cho triệt méo do bộ khuyếch đại gây ra. Tiền méo bằng việc thay đổi baseband bằng việc thay đổi biên độ và pha của dạng sóng thời gian. Dạng tiền méo chung nhất phản hồi từ đầu ra bộ khuyếch đại công suất. Tuy nhiên nó không thể ngăn ngừa méo do sự xén bớt (hoặc cắt : clipping) tín hiệu ở các mức công suất cao, do công suất đỉnh bị gới hạn của bộ khuếch đại thực tế bất kỳ . Hình 4.8.1 h Là mô hình hoá méo đầu ra, đầu vào .Đó là một mô hình tuyến tính toàn diện của một bộ khuyếch đại có công suất giới hạn .Ta thấy có sự cắt công suất tín hiệu , do vậy gây ra méo . Hình 4.8.1 h:Đồ thị đầu ra /đầu vào .Đó là một mô hình tuyến tính toàn diện của bộ khuyếch đại có công suất giới hạn . Một phuơng pháp để đánh giá việc dùng hiệu quả phổ khuyếch đại công suất đầu ra là back off công suất ra OBO ,được định nghĩa như : input ou tp ut 0 10log10 P POBO sat= Với Psat là công suất bảo hòa của bộ khuyếch đạivà P0 là công suất tín hiệu đầu ra trung bình .Thường mong muốn hoạt động ở OBO thấp để có thể dùng công suất ra cao .Tuy nhiên điều này có thể dẫn đến méo quá mức làm giảm tín hiệu và tăng sự mở rộng phổ . OBO được đo dựa trên công suất trung bình của tín hiệu sau khi cắt , àm cho việc xác định trực tiếp giá tri cắt cần thiết cần áp dụng cho tín hiệu đầu vào là khó khăn .Giá trị cắt cần thiết thay đổi phụ thuộc vào phân bố biên độ tín hiệu. Để khắc phục, cần dùng giải pháp đo nhiều lần và tính giá trị trung bình đáp ứng OBO yêu cầu . Đối với các bộ khuyếch đại thực tế chỉ tiêu kỹ thuật của hệ thống bị giảm thậm chí trước khi công suất tín hiệu đạt mức công suất cắt . 4.8.2 MỞ RỘNG PHỔ DO CẮT MÉO Hình 4.8.2.h1: Phổ của tín hiệu OFDM cắt méo .Tín hiệu OFDM có 100 tải phụ, có băng thông giới hạn khi dùng lọc FIR trước khi méo được áp dụng . Tín hiệu OFDM được lọc băng thông bởi bộ lọc FIR trước khi cắt méo. Điều này được làm để loại bỏ các búp sóng biên OFDM sao cho có thể dễ dàng nhìn thấy mở rộng phổ do cắt méo gây ra. Can nhiễu ngoài băng tăng khi OBO giảm, dẫn đến nhiễu ngoài băng đáng kể đối với OBO thấp hơn 8dB. Cũng có thể thấy rằng can nhiễu ngoài băng giảm chậm khi cách xa khỏi tần số trung tâm hình 4.8.2 h2 biểu diễn sự gia tăng mở rộng phổ đối với tín hiệu OFDM có 100 tải phụ (hay 100% băng thông hệ thống ). Kết quả thứ hai là cách 200 khoảng cách tải phụ (hay 25% hệ thống ). Nhiều thử nghiệm khác đã được làm để tìm ra ảnh hưởng của sự thay đổi số tải phụ. Các thử nghiệm đó cũng đã chứng tỏ rằng các kết quả đó hầu như không phụ thuộc vào số tải phụ của hệ thống . Hình 4.8.2.h2 : Sự gia tăng mở rộng phổ như hàm của OBO .Méo này được gây ra do cắt tín hiệu . 4.8.3 SNR HIỆU DỤNG TỪ CẮT MÉO Hình 4.8.3.1 Mô tả SNR hiệu dụng của truyền dẫn OFDM có cắt méo.Số sóng mang có ảnh hưởng tương đối nhỏ tới các kết quả. Các nghiên cứu khác cũng chỉ ra rằng ảnh hưởng của cắt méo hầu như không phụ thuộc vào số tải phụ trong tín hiệu OFDM. Hình 4.8.3 SNR Hiệu dụng của truyền dẫn OFDM theo OBO với 8,64 và 512 tải phụ . 4.9 ÀNH HƯỞNG CỦA LỖI ĐỒNG BỘ THỜI GIAN OFDM chịu được các lỗi thời gian vì có bảo vệ giữa các khoảng Symbol .Đối vối kênh không có multipath , lỗi lệch thời gian có thể bằng độ dài khoảng bảo vệ mà không làm mất tính trực giao ,chỉ có sự quay pha trong các tải phụ .Sự quay pha được sửa như một cần bằng kênh do vậy không dẫn đến suy giảm chỉ tiêu kỹ thuật vì một phần của symbol mà biến đổi nhanh của Fourier FFT được áp dụng sẽ chứa một phần symbol bên cạnh dẫn đến can nhiễu giữa các symbol . Hình 4.9 mô tả SNR hiệu dụng của OFDM như là hàm của lỗi lệch thời gian. Điểm không về thời gian được tính so với phần FFT của symbol. Độ lệch thời gian dương dẫn đến một phần của symbol tiếp theo nằm trong FFT .Do khoảng bảo vệ là sự mở rộng tuần hoàn của Symbol nên sẽ không có ISI.Trong kênh phân tập độ dài khoảng bảo vệ bị giảm bởi độ trễ của kênh, dẫn đến giảm tương ứng lỗi lệch thời gian cho phép . Gốc thời gian tính từ điểm phần đầu FFT của symbol ,ngay sau khoảng bảo vệ. Lỗi thời gian dương có nghĩa rằng FFT trong máy thu nhận một phần của symbol tiếp theo ; lỗi thời gian âm co nghĩa lả máy thu nhận được khoảng bảo vệ . Hình 4.9h: SNR hiệu dụng của tín hiệu OFDM với lỗi lệch thới gian khi dùng khoảng bảo vệ là 40 mẫu. 4.10 ÀNH HƯỞNG CỦA LỔI ĐỒNG BỘ TẦN SỐ OFDM thì nhạy cảm với sự lệch tần số là ảnh huởng tới chỉ tiêu kỹ thuật .Việc giả điều chế tín hiệu OFDM có lệch tần có thể dẫn tới tỉ lệ lỗi bit cao .Điều này gây ra bởi mất tính trực giao tải phụ dẫn tới can nhiễu giữa các sóng mang ICI(inter-Carrier Interference) và chậm sửa quay pha các vecto dữ liệu thu được. Các lỗi tần số thường xảy ra do hai nguyên nhân chính .Đó là các lỗi của bộ dao động tại chỗ và tần số Doppler. Sự sai khác bất kỳ về tần số của bộ dao động nội máy phát và máy thu sẽ dẫn đến độ lệch về tần số, tuy nhiên các lỗi tại chỗ làm cho chỉ tiêu kỹ thuật hệ thống giảm . Sự dịch chuyển máy phát so với máy thu dẫn tới độ dịch Doppler trong tín hiệu. Điều này xuất hiên như độ lệch tần số cho truyền trong không gian tự do. Độ lệch này như một phần của bù bộ dao động tại chỗ. Một vấn đề khó khăn hơn là sự mở rộng Doppler do sự dịch chuyển của máy phát hoặc máy thu trong môi trường multipath. Sự mở rộng Doppler đuợc gây ra bởi tốc độ tương đối khác nhau của mỗi một trong các thành phần multipath bị phản xạ, làm cho tín hiệu bị điều chế theo tần số .Sự điều chế FM trên các tải phụ có khuynh hướng ngẫu nhiên vì một số lớn phản xạ multipath xảy ra trong các môi trường điển hình. Việc bù mở rộng Doppler này là khó, dẫn đến giảm tín hiệu. Hình 4.10h mô tả ảnh hưởng của lỗi tần số SNR hiệu dụng của OFDM khi dùng điều chế QAM kết hợp.Một độ lệch tần số bất kỳ dẫn đến sự quay pha liên tục tất cả các vectơ tải phụ thu được .Độ lệch tần càng lớn thì sự quay pha càng lớn. Nếu đặc trưng kênh chỉ được thực hiện ở đầu của mỗi frame thì các lỗi tần số không được giải quyết sẽ dẫn tới giảm chỉ tiêu kỹ thuật theo thời gian. Symbol đầu tiên sau khi bù kênh sẽ có SNR hiệu dụng cực đại, SNR hiệu dụng sẽ bị giảm đi ở cuối frame. Hình vẽ cũng chỉ ra SNR hiệu dụng của symbol thứ nhất, thứ 4, thứ 16, thứ 64 khi chỉ có bù kênh ở đầu của frame. Chỉ tiêu kỹ thuật của điều chế vi sai sẽ tương tụ với SNR của symbol đầu tiên, vì sự quay pha sẽ được sửa cho mỗi symbol . Hình 4.10.h: SNR hiệu dụng cho QAM kết hợp có lệch tần số .SNR hiệu dụng cho các symbol thứ nhất ,thứ 4,thứ 16 và thứ 64 với cân băng kênh chỉ ở đầu frame. Đã có nhiều kỹ thuật được phát triễn để đo và theo dõi độ lệch tần số .Các tài liệu cũng nói rằng độ chính xác tần số phải được duy trì trong giới hạn 2-4% để phòng ngừa tổn hao chỉ tiêu đáng kể .Trong môi trường di động nhiều người sử dụng vấn đề còn xấu hơn nữa vì sự truyền từ mỗi người sử dụng có thể có độ lệch tần số khác nhau .Nếu mọi người được đồng bộ tốt với trạm gốc thì vẫn có độ lệch tần số với nhau đáng kể đối với họ do độ lệch Doppler. Độ lệch tần trong kết nối OFDM một người sử dụng không phải là vấn đề quan trọng vì nó có thể được bù với sự gia tăng tối thiểu độ phức tạp của máy thu. Tuy nhiên trong trường hợp nhiều người sử dụng không có cách dễ dàng để sửa các lỗi tần số . PHẦN 2 : MÔ PHỎNG VÀ ỨNG DỤNG CỦA ĐIỀU CHẾ OFDM TRONG KỸ THUẬT VIỄN THÔNG I.1 GHÉP KÊNH THEO TẦN SỐ TRỰC GIAO OFDM Như đã trình bày ta thấy OFDM là một công nghệ điều chế vô tuyến khác với CDMA .Nó có thể vượt qua CDMA về mặt dung lượng và cung cấp phương pháp truy nhập vô tuyến cho hệ thống 4G .OFDM là sơ đồ điều chế cho phép dữ liệu số được truyền hiệu quả và tin cậy qua kênh vô tuyến , thậm chí trong mội trường multipath. OFDM truyền dữ liệu bằng cách dùng một số lớn các sóng mang dãi hẹp. Các sóng mang này được đặt cách nhau đều đặn theo tần số, tạo thành một khối phổ. Khoảng cách tần số và đồng bộ thời gian của các sóng mang được chọn sao cho chúng là trực giao nghĩa là chúng không can nhiễu (interference) với nhau , mặc dù có thể chồng lấp nhau trong miền tần số .Tên gọi “OFDM” được rút ra từ yếu tố là dữ liệu số được gửi đi khi dùng nhiều sóng mang ,mỗi cái có tần số khác nhau (Ghép kênh theo tần số FDM) và các sóng mang này trực giao với nhau,vì vậy tạo thành OFDM .Dưới đây là một số ứng dụng của OFDM. 5.1.1 QUẢNG BÁ AUDIO SỐ DAB (DIGITAL AUDIO BROADCASTING) DAB là hệ thống thương mại đầu tiên dùng công nghệ OFDM .Nó được phát triễn đầu tiên vào năm 1987 và các dịch vụ DAB đã được bắt đầu thực hiện ở Anh và Thụy Điển vào năm 1995 .DAB là sự thay thế cho quảng bá audio FM bằng cách cung cấp các dịch vụ thông tin và audio số chất luợng cao.OFDM được sử dụng cho DAB vì nó chịu đựng được sự lan truyền nhiều đường .Các hệ thống quảng bá thường hoạt động với khoảng cách truyền rất bài (20-100km).Hậu quả là multipath là vấn đề chủ yếu vì nó gây ra hiện tượng chồng tiếng (Ghoshting ) khi truyền .Hiện tượng này gây can nhiễu giữa các symbol ISI làm nhoè tín hiệu miền thời gian . Đối với sóng mang đơn thường có thể giảm bước ảng hưởng của ISI làm nhờ dùng cân bằng thích nghi .Quá trình này dùng lọc thích nghi để tiêm cận hoá đáp tuyến xung của kênh vô tuyến .Sau đó một bộ lọc có đáp tuyến ngược với đáp tuyến kênh được sử dụng để bù lại các bản sao bị nhòe của bit symbol . Tuy nhiên quá trình này thì phức tạp và chậm do thời gian bám (locking time) của bộ cân bằng thích nghi .Hơn nữa việc cân bằng các tín hiệu chịu ISI lớn hơn vài lần chu kỳ symbol là khó thực hiện . OFDM khắc phục ảnh hưởng multipath bằng cách chia nhỏ tín hiệu cho nhiều sóng mang dải hẹp.Điều này dẫn đến tốc độ symbol thấp hơn giảm giá trị với ISI. Ngoài ra ,khoảng bảo vệ được bổ sung ở vào đầu của mỗi symbol ,loại bỏ ảnh hưởng của ISI cho các tín hiệu multipath bị trễ nhỏ khoảng bảo vệ .Sự chịu đựng cao với multipath làm cho OFDM thích hợp hơn với truyền dữ liệu tốc độ cao trong mội trường mặt đất so với truyền sóng mang đơn . Tham số Mode truyền I II III IV Băng thông Điều chế Dải tần số (Thu di động ) Số tải phụ Đô rộng symbol Khoảng bảo vệ Độ rộng symbol toàn phần Khoảng cách lớn nhất giữa các máy phát trong mạng tần số SFN 1.536Mhz DQPSK 1536 1000µs 246µs 1246µs 96km 1.536Mhz DQPSK 384 250µs 62µs 312µs 24km 1.536Mhz DQPSK 192 125µs 31µs 156µs 12km 1.536Mhz DQPSK 768 500µs 123µs 623µs 48km Bảng 5.1.1 Các tham số truyền DAB cho mỗi made truyền Bảng 5.1.1 Biểu diễn các tham số hệ thống của DAB .DAB có bốn mode truyền .Tần số phát ,tốc độ máy thu và độ chịu đựng multipath cần thiết, tất cả xác định mode truyền thích hợp nhất cần sử dụng. Độ lệch Doppler có thể bị gây ra bởi sự thay đổi nhanh trong đáp tuyến kênh do sự chuyển dịch của máy thu trong môi trường multipath. Nó dẫn đến điều chế tần số ngẫu nhiên trong các tải phụ OFDM, làm giảm tín hiệu. Giá trị độ lệch Doppler tỉ lệ với tần số truyền và tốc độ dịch chuyển. Các tải phụ được đặt càng gần nhau bao nhiêu, tín hiệu OFDM càng nhạy cảm với độ lệch Doppler bấy nhiêu. Do vậy các Mode truyền khác nhau trong DAB cho phép dung hòa giữa giá trị bảo vệ multipath (độ dài khoảng bảo vệ)và độ dung sai độ lệch Doppler . Độ dung sai Multipath cao của OFDM cho phép dùng mạng đơn thuần SFN (Single Frequency Network). Mạng này dùng các Repeater truyền để cung cấp vùng phủ sóng hoàn thiện và hiệu quả phổ .Đối với quảng bá FM truyền thống. Các thành phố cạnh nhau phải dùng các tần số RF khác nhau thậm chí cho cùng một trạm vô tuyến để phòng ngừa multipath gây ra bởi sự quảng bá cùng một tín hiệu từ một miền phủ sóng cần thiết là có thể ,loại bỏ nhau cầu phải có các tần số khác nhau được sử dụng trong miền cạnh nhau. Công suất dữ liệu của DAB thay đổi từ 0.6-0.8Mb/s phụ thuộc vào giá trị sửa lỗi tiến FEC(Forward Error Correction ) được áp dụng .Payload dữ liệu này cho phép quảng bá nhiều kênh như một phần của khối truyền dẫn .Số kênh Audio là thay đổi phụ thuôc vào chất lượng Audio và giá trị FEC được sử dụng để bảo vệ tín hiệu .Đối với Audio chất lượng thoại (24kb/s) thì tới 64 kênh audio có thể được cung cấp ,trong khi đối với audio chất lượng CD(256kb/s) với bảo vệ cực đại ba kênh là có thể . 5.1.2 QUẢNG BÁ VIDEO SỐ DVB(DIGITAL VIDEO BROADCASTING ) Việc phát triễn các tiêu chuẩn DVB được khởi đầu vào năm 1993 .DVB là sơ đồ truyền ,dựa trên tiêu chuẩn MPEG-2 ,là một phương pháp phân phối từ một điểm tới nhiều điểm video và audio số chất lượng cao có nén .Nó là sự thay thế có tăng cường tiêu chuẩn quảng bá truyền hình tương tự vì DVB cung cấp phương thức truyền dẫn linh hoạt để phấn phối video , audio và các dịch vụ dữ liệu .Các tiêu chuẩn DVB xác định rõ cơ cấu phân phối cho một phạm vi rộng các ứng dụng ,bao gồm truyền hình vệ tinh(DVB-S), các hệ thống cáp (DVB-C) và truyền mặt đất (DVB-T). Lớp vật lý của mỗi một trong các tiêu chuẩn này được tối ưu cho kênh truyền đang được sử dụng. Quảng bá vệ tinh dùng truyền sóng mang đơn với điều chế QPSK. Chúng là tối ưu cho ứng dụng này vì sóng mang đơn cho phép độ dịch Doppler lớn, QPSK cho phép hiệu suất năng lượng cực đại .Tuy nhiên phương pháp truyền này không thích hợp cho truyền mặt đất vì multipath làm giảm nghiêm trọng chỉ tiêu kỹ thuật của truyền sóng mang đơn tốc độ cao. Vì lý do này, OFDM đã được sử dụng cho tiêu chuẩn truyền hình mặt đất DVB- T.Lớp vật ký DVB-T thì tương tự với DAB ,trong đó truyền OFDM dùng một số lớn các tải phụ để làm ảnh hưởng của multipath .DVB-T cho phép hai mode truyền phụ thuộc vào số sóng mang được sử dụng . Tham số Mode 2k Mode 8k Số tải phụ Độ rộng symbol có ích(Tu) Khoảng cách sóng mang(1/Tu) Băng thông 1705 896µs 1116Hz 7.61Mhz 6817 224 µs 4464Mhz 7.61Mhz Bảng 5.1.2 Mô tả các tham số cơ bản của hai mode này . Quảng bá vệ tinh dùng truyền sóng mang đơn với điều chế QPSK .Chúng là tối ưu cho ứng dụng này vì sóng mang đơn cho phép độ dịch Doppler lớn, QPSK cho phép hiệu suất năng lượng cực đại. Tuy nhiên phương pháp truyền này không thích hợp cho truyền mặt đất vì multipath làm giảm nghiêm trọng chỉ tiêu kỹ thuật của truyền sóng mang đơn tốc độ cao. Vì lý do này ,OFDM đã được sử dụng cho tiêu chuẩn truyền hình mặt đất DVB-T .Lớp vật lý của DVB-T thì tương tự với DAB,trong đó truyền OFDM dùng một số lớn các tải phụ để làm giảm ảnh hưởng của multipath .DVB-T cho phép hai mode truyền phụ thuộc vào số sóng mang được sử dụng . Sự khác nhau cơ bản giữa DVB-T và DAB là băng thông rộng hơn được sử dụng và dùng các sơ đồ điều chế cao hơn để đạt được công suất dữ liệu cao hơn. DVB-T cho phép ba sơ đồ điều chế tải phụ :QPSK,16_QAM và 64 QAM và một phạm vi rộng các độ dài khoảng bảo vệ và tỉ lệ mã .Điều này cho phép tính mạnh khỏe của kết nối truyền được dung hòa ở giá đắt của thông lượng kết nối. Bảng 5.1.2.b chỉ ra tốc độ dữ liệu và tỉ số tín hiệu trên nhiễu SNR cần thiết cho một số liên hợp truyền. DVB-T là kết nối không thuận nghịch do bản chất quảng bá của nó .Như vậy sự lựa chọn bất kỳ về tốc độ dữ liệu theo tính mạnh khỏe thì ảnh hưởng tới tất cả các máy thu .Nếu mục đích hệ thống là đạt độ tin cậy cao thì tốc dộ dữ liệu phải thấp hơn để đáp ứng các điều kiện của máy thu xấu nhất. Ảnh hưởng này hạn chế ích lợi của bản chất linh hoạt tiêu chuẩn. Điều chế tải phụ Tỉ lệ mã SNR cho BER =2x10-4 sau viterbi(DB) Kênh Gauss Kênh Rayleigh Tốc độ bit (Mb/s) Khoảng bảo vệ QPSK QPSK 16-QAM 16-QAM 64-QAM 64-QAM ½ 7/8 ½ 7/8 ½ 7/8 3.1 7.7 8.8 13.9 14.4 20.1 5.4 16.3 11.2 22.8 16.0 27.9 4.98 8.71 9.95 17.42 14.93 26.13 6.03 10.56 12.06 21.11 18.10 31.67 Bảng 5.1.2.b: Tỉ số tín hiệu /nhiễu cần thiết và tôc độ bit net để chọn lọc các liên hợp điều chế cho mã DVB. I.2 TIÊU CHUẨN OFDM DVB-T OFDM DVB-T là tiêu chuẩn phát sóng truyền hình số mặt đất được tổ chức DVB (Digital Video Broadcasting) của Châu Âu đưa ra vào năm 1997 .Hiện nay tiêu chuẩn này đã được hầu hết các nước Châu âu và nhiều nước khác trên thế giới thừa nhận .Năm 2001 Đài truyền hình Việt Nam đã quyết định chọn nó làm tiêu chuẩn để phát sóng truyền hình mặt đất cho việt Nam trong những năm tới. A) Phân chia kênh truyền cả thời gian lẫn tần số : - Miền tần số được phân thành một tập hợp “Các băng tần con”(Các dãi tần hẹp Frequency Sub-band). Mìền thời gian được phân thành một tập hợp “Các khoảng thời gian nhỏ”gần kề nhau (time segment) Mỗi phần tần số /thời gian được sử dụng để tải một sóng mang con riêng(tải phụ carrier) I. Các tải phụ này trực giao để tránh can nhiễu giữa các sóng mang (khoảng cách tần số trực giao là 1/Tu với Tu là chu kỳ symbol có ích ). Trong mổi chu kỳ thời gian các tải phụ điều chế với vài bit dữ liệu đã mã hoá .Số bit được truyền phụ thuộc vào loại điều chế được sử dụng (Ví dụ như 2 bit với 4QAM ,$bit với 16QAM ,6 bit với 16 QAM …)tập hợp các tải phụ trong một khoảng thời gian được gọi là một symbol OFDM….) II. Đặt vào khoảng bảo vệ để giải quyết can nhiễu giữa các symbol .Để triệt sóng phản xạ từ xa thì độ dài khoảng bảo vệ càng lớn càng tốt vì khoảng bảo vệ có thể tính theo công thức: D= c.Tg Với Tg là độ dài khoảng bảo vệ(µs) C là tốc độ ánh sáng . Ví dụ trong model 8K ,chu kỳ symbol có ích Tu=896µs ,độ dài lớn nhất của khoảng bảo vệ là Tg =Tu/4=224µs tương ứng với khoảng cách phản xạ lớn nhất: d=c.Tg=3.108x224.106=67.200m ≈ 67,2km. Tuy nhiên khoảng bảo vệ lớn làm khoảng thời gian dành cho tín hiệu có ích bị giảm, giảm dung lượng truyền tín hiệu có ích của kênh .Trong chu kỳ bảo vệ, máy thu làm ngơ tín hiệu thu được :chu kỳ thời gian này làm tổ hợp OFDM hiện đại (tín hiệu chính) các tín hiệu phản xạ bị giữ chậm của OFDM trước đó. Vì các mã bảo hiểm lỗi thông thường không có khả năng sửa các lổi bit dài (các bust lỗi ) người ta thực hiện việc chèn theo tần số (Frequency interleaving ). Các bit không được ánh xạ vào các sóng mang theo thứ tự tuần tự mà được xáo trộn theo một trình tự xác định. Nhờ vậy nếu có lỗi thì các thông tin về một tín hiệu không bị mất nhiều mà chỉ mất một phần. Máy thu sẽ khôi phục lại tin nhờ phần còn lại của nó sau khi giải xáo trộn. Như vậy trong tiêu chuẩn DVB-T OFDM , việc chèn cả trong miền thời gian và tần số .Điều này cũng tương tự như việc : để giải quyết fading tần số xảy ra trên các tần số phụ cạnh nhau, người ta trải rộng các bit dữ liệu cạnh nhau trên các tải con cách xa nhau . Trình tự điều chế OFDM này được thực hiện như miêu tả trong tiêu chuẩn DVB- T .Các kênh tần số độ rộng 6,7 hoặc 8Mhz được sử dụng để quảng bá tín hiệu truyền hình đều có thể áp dụng tiêu chuẩn này. III. Cài vào tín hiệu phụ để máy thu có thể giải điều chế đúng ,người ta phát các tải phụ gọi là các pilot ,được phát cách đều nhau,theo một trìng tự nhất định với biên độ lớn hơn thông thường .Chúng còn đựợc gọi là các dấu đồng bộ kênh hoặc các pilot . ♣ Có các loại tín hiệu phụ sau : ♣ Các tải phụ TPS(Transmission parameter signalling ) là các thông tin điều khiển ,có một bit TPS trong một symbol OFDM. Một khối TPS (tương ứng một Frame OFDM gồm 68 symbol OFDM) chứa 68 bit được xác định như sau : + 1 bit khở đầu +16 bit đồng bộ +37 bit thông tin +14 bit dư cho bảo hiểm lỗi Trong số 37 bit thông tin , 23 bit đã được sử dụng còn 14 bit dùng cho tương lai (phải đặt bằng không). TPS mang thông tin về : +Điều chế ,gồm giá trị của giản đồ chòm sao QAM . +Thông tin đã mã hóa theo lớp +khoảng bảo vệ (hỗ trợ ban đầu cho máy thu) +Tỉ lệ mã trong +Mode truyền (2K hoặc 8K,hỗ trợ ban đầu cho máy thu). + Số frame trong super-frame 9khi truyền trong mạng(SFN). ♠ Các tính hiệu pilot cần cho quá trìng giải điều chế kết hợp QAM. Tín hiệu pilot được truyền theo thời gian và tần số trong tín hiệu OFDM (biên độ và pha đã biết ,không phải ngẩu nhiên).Có hai loại pilot : + pilot liên tục được truyền ngẫu nhiên trong từng symbol OFDM và được tải bởi các tải phụ có trong tất cả các symbol .Nó được dùng để đồng bộ và đánh giá lỗi pha . + pilot được phân tán được truyền đều theo thời gian và tầb số qua các symbol OFDM ,cho phép đánh giá các đặt trưng kênh bằng các nội suy về thời gian và tần số . Do vậy ,những thay đổi do phản xạ từ các vật cố định và di động hoặc suy giảm (do nhiễu) có thể được giải quyết .Nội suy theo thời gian giữa các pilot phân tán cho phép thu di động (trong trường hợp cường độ trường đủ lớn )Điều này được sử dụng khi dùng bộ cân bằng kênh . ♠ Mode 2K và 8K Để giảm nhỏ ảnh hưởng không bằng phẳng của kênh thì càng dùng nhiều sóng mang càng tốt .Tuy nhiên khi số sóng mang nhiều ,mạch sẽ phức tạp.Trong giai đoạn đầu khi công nghệ chế tạo chip chưa hoàn thiện các chip giải điều chế còn đắt ,người ta thường dùng mode 2K(số sóng mang ít) - Ưu điểm của mode 2K : Công nghệ chế tạo IC đơn giản rẻ - Nhược điểm : Không khắc phục tốt nhược điểm của kênh, độ dài khoảng bảo vệ ngắn nên không triệt được phản xạ ở khoảng cách xa. Tuy nhiên mode 2K cho phép đạt tốc độ cao hơn khi thụ động vì khoảng cách giữa các sóng mang xa hơn, tần số Doppler chịu được cao hơn. Ví dụ như : Tần số thực tế khi thiết bị thu đặt trên con tàu đang chuyển động là : s t V VffF *cos *θ+= → Tàu đi tới trạm phát 2 **cos V VffF tθ−= → Tàu rời khỏi phía trạm phát Độ dịch Doppler Trong đó : f là tần số chính , F: Tần số quan sát (hoặc tần số thực tế ) Vt – Vận tốc tàu , Vs- Tốc độ âm thanh (không đổi),hoặc tốc độ ánh sáng với sóng vô tuyến (c=3.108) θ Góc Giữa hướng chuyển động tàu và trạm phát . Độ dịch Doppler phải nằm trong dung sai tần số (f) cho phép của máy thu. Với mode 2K, khoảng cách giữa các sóng mang lớn hơn (4464Hz) nên dung sai tần số cho phép lớn hơn so với mode 8K(có khoảng cách giữa các sóng mang là 1116Hz). Mode 2K thích hợp cho hoạt động máy phát đơn và các mạng SFN nhỏ so với khoảng cách giữa các máy khác là hạn chế . Mode 8K thích hợp cho cả hoạt động máy phát đơn và cho các mạng SFN nhỏ và lớn . I.3 CÁC BƯỚC CHÍNH THỰC HIỆN CHUẨN NÀY NHƯ SAU I.3.1 CAÙC HEÄ THOÁNG QUAÛNG BAÙ TRUYEÀN HÌNH SOÁ Thöôøng thöôøng moät maùy phaùt treân veä tinh chæ coù theå truyeàn taûi moät chöông trình truyeàn hình töông töï. Neáu söû duïng kyõ thuaät neùn daûi taàn soá thì moät boä chuyeån phaùt treân veä tinh coù theå ñoàng thôøi truyeàn taûi 4-8 hay 16…. chuông trình truyeàn hình khaùc nhau. Vieäc phaùt chöông trình quaûng baù truyeàn hình soá (digital video broadcasting DVB ) chuû yeáu söû duïng tieâu chuaån neùn MPEG – 2 hình, bieân maõ aâm thanh vaø soá lieäu ; söû duïng phöông thöùc maõ soá MPEG – 2 ; noù coù phöông thöùc söûa maõ sai; caên cöù vaøo caùc chöông trình multimedia, seõ choïn löïa caùc phöông thöùc ñieàu cheá töông öùng vaø bieân maõ cuûa caùc ñöôøng thoâng tin. Sau khi xaùc ñònh caùc tieâu chuaån cuûa phaùt truyeàn hình soá DVB, do caùc söï truyeàn taûi Multimedia khaùc nhau , lónh vöïc öùng duïng khaùc nhau neân DVB ñaõ ñöôïc toå chöùc vaø phaân chia thaønh vaøi heä thoáng, cuï theå laø heä thoáng quaûng baù truyeàn hình soá veä tinh DVB – S ( satellite ) ; heä thoáng quaûng baù truyeàn hình soá höõu tuyeán DVB – C (cable ); heä thoáng quaûng baù truyeàn hình soá treân traùi ñaátû DVB – T (terrestrial) ; heä thoáng quaûng baù truyeàn hình soá vi ba DVB –M (microwave) ; heä thoáng quaûng baù truyeàn hình soá theo maïng töông taùc DVB – I(interface); heä thoáng truyeàn hình soá DVB – CS (community system),v.v . I.3.2 Heä thoáng quaûng baù truyeàn hình soá veä tinh DVB – S Nguyeân lí quaûng baù truyeàn hình soá veä tinh trình baøy ôû hình I.3.2 . Thoâng tin aâm taàn vaø thò taàn vaø caùc tín hieäu soá tröôùc tieân seõ ñi qua boä neùn bieân maõ soá MPEG 2 (ENC) tieán haønh vieäc neùn bieân maõ , tín hieäu truyeàn hình soá vôùi toác ñoä treân 200Mb/s ñöôïc neùn xuoáng coøn 6Mb/s, doøng soá lieäu MPEG2 bò neùn nhieàu ñöôøng seõ ñöôïc ñöa vaøo boä troän nhieàu ñöôøng soá tieán haønh vieäc troän ,ôû ngoõ ra seõ nhaän ñöôïc doøng maõ MPEG2 coù toác ñoä caøng cao hôn . Caên cöù vaøo yeâu caàu cuûa taùc giaû caùc chöông trình, caùc chöông trình truyeàn hình caàn truyeàn taûi seõ ñöôïc thöïc hieän vieäc maõ hoùa , sau ñoù doøng soá lieäu MPEG2 ñöôïc ñöa vaøo boä ñieàu cheá soá QPSK . Cuoái cuøng tieán haønh bieán taàn, tín hieäu QPSK bò ñieàu cheá tôùi trung taàn IF, ñaït tôùi taàn soá vi ba caàn thieát cuûa daõi soùng C hoaëc KU, thoâng qua anten phaùt tieán haønh phaùt xaï leân truyeàn hình veä tinh . Boä maõ hoùa MPEG Boä maõ hoùa MPEG Boä maõ hoùa MPEG Boä troän nhieàu ñöôøng Boä ñieàu cheá QPSK Boä ñoåi taàn leân Phaùt leân veä tinh H I.3.2 Sô ñoà khoái heä thoáng quaûng baù truyeàn hình soá vệ tinh Sô ñoà khoái cuûa heä thoáng thu truyeàn hình soá veä tinh nhö hình I.3.3 . Tín hieäu veä tinh qua boä bieán taàn LNB , maùy thu veä tinh soá IRD (integrated receiver coder ) seõ tieán haønh vieäc giaûi ñieàu cheá QPSK, giaûi maõ ñöa ra tín hieäu aâm taàn vaø thò taàn, neáu duøng ñaàu noái thu CATV ôû tröôùc thì maïng truyeàn hình höõu tuyeán coù theå ñöôïc chia thaønh phöông thöùc truyeàn taûi töông töï vaø phöông thöùc truyeàn taûi soá (nhö hình 3.28) . Trong phöông thöùc truyeàn taûi töông töï thì soá ñöôøng truyeàn ñaït vaø soá löôïng maùy thu baèng nhau, do tín hieäu ñaàu ra cuûa maùy thu veä tinh soá IRD laø AV cho neân caàn phaûi duøng caùc boä ñieàâu cheá töông töï vôùi caùc keânh taàn khaùc nhau ñeå truyeàn taûi tín hieäu tôùi hoä duøng. Ñeå coù theå truyeàn taûi soá trong maïng truyeàn hình höõu tuyeán tín hieäu caàn phaûi qua boä chuyeån ñoåi ñieàu cheá soá , sau khi bieán taàn ôû cao taàn thì trung taàn tín hieäu ñieàu cheá QPSK seõ chuyeån ñoåi thaønh tín hieäu ñieàu cheá QAM. Do tín hieäu qua bieán taàn nhö treân neân hoaëc seõ ñöôïc ñöa vaøo trong maïng truyeàn hình höõu tuyeán hoaëc seõ ñi qua heä vi ba nhieàu ñöôøng MMDS ñeå phaùt tôùi hoä duøng. I.3.3 Heä thoáng quaûng baù truyeàn hình soá höõu tuyeán DVB-C Trong maïng truyeàn hình höõu tuyeán do tín hieäu hình aûnh ñöôïc truyeàn taûi treân ñöôøng daây caùp ñoàng truïc neân noù ít bò can nhieãu beân ngoaøi . Trong caùc nguyeân taéc DVB ñaõ qui ñònh söû duïng caùc phöông thöùc ñieàu cheá QAM, caên cöù vaøo traïng thaùi moâi Boä bieán taàn Máy thu vệ tinh số Tivi thông thường A V Tín hiệu vệ tinh H I.3.4 Sô ñoà khoái heä thoáng thu truyeàn hình soá Máy thu vệ tinh số Maùy thu veä tinh soá Maùy thu veä tinh soá Boä giaûi ñieàu cheá soá Boä giaûi ñieàu cheá soá Boä giaûi ñieàu cheá soá Boä troän Maùy phaùt MMDS Maïng höõu tuyeán Tín hieäu töø veä tinh Tín hieäu töø veä tinh Tín hieäu töø veä tinh H I.3.4 sô ñoà khoái heä thoáng truyeàn hình soá höõu tuyeán tröôøng truyeàn taûi coù theå söû duïng caùc toác ñoä ñieàu cheá khaùc nhau nhö 16-QAM ; 128 – QAM; 256- QAM . Hieän nay trong maïng truyeàn hình soá höõu tuyeán söû duïng toác ñoä ñieàu cheá 64 – QAM trong daõi taàn roäng 8MHz coù theå truyeàn taûi tín hieäu vôùi toác ñoä ñaït tôùi 38,1 Mb/s . Hình 3.28 laø sô ñoà cuûa heä thoáng quaûng baù truyeàn hình soá höõu tuyeán . Neáu tín hieäu truyeàn hình laáy nguoàn töø veä tinh thì caàn moät maùy thu veä tinh soá IRD ñeå thu caùc chöông trình khaùc nhau vaø chuyeån ñoåi thaønh doøng data MPEG2, ñoái vôùi tín hieäu thò taàn – aâm taàn AV thì caàn boä giaûi neùn bieân maõ soá ñeå giaûi maõ tín hieäu, taïo ra doøng data MPEG2 . Nguoàn tín hieäu khaùc nhau seõ taïo ra doøng data MPEG2 ôû boä troän nhieàu ñöôøng soá ñeå tieán haønh troän vaø thu ñöôïc doøng maõ MPEG 2 coù toác ñoä cao hôn . Sau ñoù tín hieäu naøy ñöa vaøo boä ñieàu cheá QAM, boä bieán taàn ñeå ñaït ñöôïc daõi taàn caàn thieát cho maïng truyeàn hình höõu tuyeán. I.3.5 Heä thoáng quaûng baù truyeàn hình soá treân maët ñaát DVB – T Söï truyeàn taûi cuûa heä thoáng quaûng baù truyeàn hình soá treân maët ñaát töông ñoái ñaëc bieät. Do hieän töôïng phaûn xaï nhieàu laàn tín hieäu, can nhieãu raát nghieâm troïng . Ñeå giaûi quyeát vaán ñeà naøy, trong heä thoáng söû duïng phöông thöùc xöû lí cuûa boä OFDM – ñieàu cheá phaân taàn maõ tröïc giao . Ñaëc ñieåm cuûa noù laø : @ ÔÛ mieàn taàn soá söû duïng phöông thöùc ña taûi ba , tín hieäu caàn truyeàn taûi ñöôïc ñieàu cheá tôùi 2000 hoaëc 8000 taûi ba @ÔÛ mieàn thôøi gian tín hieäu daõi goác soá ñöôïc chia thaønh caùc ñoaïn phaân bieät ñeå ñieàu caùc taûi ba noùi treân Maùy thu veä tinh soá Maùy thu veä tinh soá Boä maõ hoùa MPEG - 2 Boä maõ hoùa MPEG - 2 Boä troän nhieàu ñöôøng Boä ñieàu cheá soá Boä bieán taàn leân VHF UHF A V A V Tín hieäu töø veä tinh H I.3.5 Sô ñoà khoái phaàn bieán ñoåi soá sang töông töï @Taát caû caùc ñaøi phaùt cuûa maïng phaùt xaï DVB-T thoâng qua heä thoáng ñònh vò toaøn caàu GPS (global positioning system ) ñöôïc khoùa ôû moät taàn soá chính xaùc laøm cho taát caû caùc maùy phaùt söû duïng ôû cuøng moät taàn soá vaø ñöôïc phaùt trong cuøng moät thôøi gian . Nguyeân lí cuûa heä thoáng naøy nhö trình baøy ôû hình I.3.5 . Tín hieäu truyeàn soá sau khi ñöôïc xöû lí bôûi boä OFDM coù theå ñöôïc qua boä ñieàu cheá QPSK hoaëc QAM, bieán taàn vaø ñöa ra anten phaùt. HƯỚNG PHÁT TRIỄN ĐỀ TÀI Mạng OFDM đang được ứng dụng một cách hiệu quả trong nhiều hệ thống vô tuyến riêng biệt đó là hệ thống phát thanh kỹ thuật số (DAB) và truyền hình kỹ thuật số (DVB).Truyền hình số mặt đất DVB-T(mà đựợc chọn làm tiêu chuẩn cho truyền hình số tại Việt Nam) là một trong những ứng dụng của cộng nghệ OFDM. Công nghệ này như đã nói ở trên sử dụng 1705 sóng mang (ở chế độ 2K) hoặc 6817 sóng mang (chế độ 8K )cho các luồng dữ liệu QPSK ,16-QAM hay 64- QAM và tỷ lệ khoảng bảo vệ có thể là Tu/Ts=1/4,1/8,1/16,1/32 tùy môi trường có trễ dài hay ngắn. Với khả năng chống hiệu ứng đa đường động rất tốt của OFDM đã tạo nghành truyền hình có hai khả năng mới mà truyền hình tương tự trước đây cũng như truyền hình số tuân theo tiêu chuẩn không thể đạt được là : - Khả năng thu di động các dịch vụ truyền hình quảng bá - Khả năng tạo nên một mạng đơn tần trong một phạm vi rộng . Như đã trình bày ở trên,OFDM là công nghệ cho phép ghép kênh tiết kiệm phổ hơn .Chúng ta biết rằng tín hiệu truyền trên kênh truyền mặt đất bị ảnh hưởng của rất nhiều hiệu ứng như : Nhiễu xung ,fading ,nhiễu kênh kề ,nhiễu kêng chung trễ lan truyền đa đường …nhưng vấn đề quan tâm nhất là ảnh hưởng của các tín hiệu trễ lên tín hiệu gốc dây giao thoa ký hiệu ISI.Trễ này tạo ra do sự lan truyền theo nhiều đường của tín hiệu trên mặt đất ,ảnh hưởng của trễ đến chất lượng tín hiệu thu càng mạnh khi trễ biến đổi nhanh. Đối với hệ thống truyền hình tương tự cũng như một hệ thống thông tin ,các máy phát cạnh nhau dùng chung một tần số là một vấn đề vô cùng khó khăn .Vì vậy các hệ thống cần só sự qui hoạch tần số cẩn thận cũng như các phương án tái sử dụng tần số . Mạng đơn tần SFN là mạng gồm nhiều máy phát động trên một tần số và phát cùng một nội dung .Mỗi máy phát trong một mạng SFN sẽ tuân theo qui tắc sau: - Phát cùng một tần số - Phát cùng một lúc - Phát cùng một dữ liệu Như vậy một điểm thu tại biên vùng phủ sóng sẽ thu được nhiều tín hiệu từ các trạm phát khác nhau và bộ thu sẽ coi các tín hiệu này như các trễ nhân tạo. Vậy mạng SFN dùng OFDM là khả thi vì OFDM có thể giải quyết được các vấn đề thu nhiều đường . Ứng dụng của SNF tạo một bước đột phá trong công nghệ phát sóng truyền hình, đó là một phạm vi rộng lớn có thể triễn khai mạng dày đặc các máy phát hoạt động cùng tần số. Trong khi tài nguyên tần số băng UHF/VHF ngày càng hạn hẹp thì triển khai SFN mang lại lợi ích vô cùng lớn. Hiện nay công nghệ OFDM đã và đang được nghiên cứu ứng dụng trong lĩnh vực thông tin vố tuyến. Công nghệ này là lựa chọn kết hợp giữa các phương pháp điều chế cổ điển và các phương pháp đa truy cập vô tuyến ứng dụng của OFDM sẽ dành cho mạch vòng vô tuyến nội hạt ,LAN vô tuyến , dịch vụ truyền thông cá nhân tế bào. Các hệ thống đa truy cập dựa trên OFDM như OFDM –TDMA và MC-CDMA đang được xem xét tới như một thế hệ tiếp theo của hệ thống vô tuyến nhiều người sử dụng. KẾT LUẬN Do phạm vi đề tài rộng nên những gì tôi thực hiện được qua luận văn này chưa cung cấp nhiều thông tin về các ứng dụng tryền hình số mặt đất.Dù đã cố gắng nhưng luận văn vẫn còn nhiều sai sót kèm theo những giới hạn hiểu biết về đề tài. Hi vọng đây là những kinh nghiệm hữu ích cho mình sau này. Một lần nữa xin chân thành cảm ơn đến tất cả các người đã giúp tôi hoàn thành luận văn này. PHỤ LỤC BẢNG CHÚ THÍCH CÁC TỪ VIẾT TẮT. 2G Second Generation mobile phone system (GSM, IS-95) 3G Third Generation mobile phone system 4G Fourth Generation mobile phone system AC Alternating Current (Frequency above 0 Hz) ADSL Asymmetric Digital Subscriber Line alpha Path loss exponent (rate of path loss change with distance) AM Amplitude Modulation APR Access Point Repeater ASK Amplitude Shift Keying AWGN Additive White Gaussian Noise b/s/Hz Bits per second per hertz (unit of spectral efficiency) BER Bit Error Rate Bps Bits per second BPSK Binary Phase Shift Keying BS Base Station CD Compact Disc CDMA Code Division Multiple Access CF Crest Factor (peak to average power ratio of the RF envelope) DAB Digital Audio Broadcasting Db Decibel (ratio in log scale) DBc Decibel relative to main signal power dBm Decibel relative to 1 milliwatt DC Direct Current (0 Hz) DDS Direct Digital Synthesiser DFT Discrete Fourier Transform DMT Discrete Multi-Tone DPSK Differential Phase Shift Keying DSBSC Double Side Band Suppressed Carrier DS-CDMA Direct Sequence Code Division Multiple Access DSP Digital Signal Processing DSSS Direct Sequence Spread Spectrum DVB Digital Video Broadcasting DVB-C Digital Video Broadcasting – Cable DVB-S Digital Video Broadcasting – Satellite DVB-T Digital Video Broadcasting – Terrestrial EBNR Energy per Bit to Noise Ratio FDM Frequency Division Multiplexing FEC Forward Error Correction FFT Fast Fourier Transform FIR Finite Impulse Response (digital filter) FM Frequency Modulation Fs Sample Frequency FSK Frequency Shift Keying GA Genetic Algorithm GHz Gigahertz - 10^9 Hz GMSK Gaussian Minimum Shift Keying GSM Global System for Mobile communications HDTV High Definition Television HiperLAN2 HIgh PErformance Radio Local Area Network, WLAN standard (Europe) based on OFDM, with a maximum data rate of 54 Mbps. Similar to IEEE802.11a Hz Hertz (cycles per second) ICI Inter-Carrier Interference IEEE802.11a WLAN standard (U.S.) based on OFDM, with a maximum data rate of 54 Mbps. Similar to HiperLAN2 IEEE802.11b WLAN standard (U.S.) based on DSSS, with a maximum data rate of 11 Mbps IF Intermediate Frequency IFFT Inverse Fast Fourier Transform IMD Inter-Modulation Distortion IQ Inphase Quadrature ISI Inter-Symbol Interference ISM Industrial Scientific Medical IS-95 Mobile phone standard using CDMA transmission method. JCU James Cook University K Kelvin kbps Kilo bits per second (10^3 bps) kHz Kilohertz - 10^3 Hz Km Kilometer (10^3 m) Lambda - RF wavelength LO Local Oscillator LOS Line Of Sight M Metre Mbps Mega bits per second (10^6 bps) MHz Megahertz - 10^6Hz MPEG Moving Picture Experts Group (Video compression standard) NF Receiver Noise Figure OBO Output power BackOff OFDM Orthogonal Frequency Division Multiplexing PAPR Peak to Average Power Ratio PC Personal Computer PDA Personal Digital Assistant Pi (3.14159265 ….) PLL Phase Locked Loop PM Phase Modulation PRC Peak Reduction Carriers PRS Pseudo Random Sequence PSK Phase Shift Keying QAM Quadrature Amplitude Modulation QOS Quality Of Service QPSK Quadrature Phase Shift Keying RAKE Multiple tap multipath equalisation for CDMA RC Raised Cosine (Guard Period) RF Radio Frequency RMS Root Mean Squared SFN Single Frequency Network SHARC Super Harvard ARChitecture, Digital Signal Processor by Analog Devices) SIR Signal to Interference Ratio SNR Signal to Noise Ratio SSB Single Side Band SSPA Solid State Power Amplifier TDM Time Division Multiplexing TDMA Time Division Multiple Access TWTA Travelling Wave Tube Amplifier µm Micrometre (10^-6 m) UMTS Universal Mobile Telecommunications System µs Microsecond (10^-6 s) VSB Vestigal Side Band W Watt (energy per unit time, one joule per second) W-CDMA Wide-band Code Division Multiple Access WLAN Wireless Local Area Network WLL Wireless Local Loop Tài liệu tham khảo 1. OFDM For Wireless multimedia communications-Richard Van Nee & Ramjee Prasad. 2.

Các file đính kèm theo tài liệu này:

  • pdfOFDM.pdf
Luận văn liên quan