Luận văn Giới thiệu tổng quan về OFDM

, DAB là tiêu chuẩn đầu tiên của OFDM. DAB tạo một mạng tần số đơn và xử lý hiệu quả trễ đa đường để cải thiện âm thanh chất lượng CD, các dich vụ số liệu mới và hiệu quả sử dụng phổ cao hơn. Hình 3.1 Sơ đồ khối phía phát hệ thống DAB Tín hiệu của các dịch vụ khác nhau được mã hóa nguồn tùy theo tính chất của các nguồn tin, mã hóa chống lỗi và mã hóa kênh. Sau đó các dịch vụ được ghép kênh trong kênh dịch vụ chính MSC (Main Service Chanel). Tín hiệu ra khỏi MSC được liên kết với tín hiệu điều khiển nghép kênh và tín hiệu đồng bộ dịch vụ, trong kênh thông tin nhanh (FIC) để tạo dạng khung truyền trong bộ ghép kênh. Cuối cùng OFDM được sử dụng tạo dạng tín hiệu DAB gồm một số lượng lớn các sóng mang. Tín hiệu truyền đi xa bằng sóng vô tuyến điện cao tần bằng các phương pháp điều chế thông thường. Hiện nay trên thế giới khoảng 500 nghìn người sử dụng hơn 600 dịch vụ của DAB. Máy thu tín hiệu DAB đó được thương mại hóa từ mùa hè năm 1998, cho đến nay đó có khoảng 80 loại khác nhau. Hình 3.1 thể hiện cấu trúc của bộ phận tín hiệu DAB. Toàn bộ tín hiệu DAB được lựa chọn bởi lựa chọn tín hiệu tương tự (bộ lọc tương tự), tín hiệu sau khi giải điều chế cao tần được đưa qua giải mã OFDM và giải mã hoá kênh để thu được thông tin dạng tín hiệu số. Những thông tin trong kênh FIC được đưa tới giao diện người dùng cho việc lựa chọn các dịch vụ và các đường dự liệu tương ứng. Dữ liệu trong kênh dữ liệu chính (MSC) được xử lý Ghép kênh OFDM B phát FIC Đng b dch v Đng b ghép kênh MSC Mã hoá kênh Mã hóa Audio Dch v Audio Mã hoá kênh Trn gói Dch v Data Tn s Radio trong bộ giải mã Audio để tách thành hai kênh âm thanh trái hoặc phải trong bộ giải mã dữ liệu để tách các đường dữ liệu tương thích. Hình 3.2 Sơ đồ máy thu DAB Hệ thống DAB có 3 kiểu khác nhau với số lượng sóng mang trong điều chế OFDM khác nhau. Mode1 được ứng dụng truyền với khoảng cách xa, ít vật cản, Mode2 và Mode3 dùng trong khoảng cách ngắn, có nhiều chướng ngại vật, nhiễu lớn Tham số Mode1 Mode2 Mode3 Băng thông Sóng mang Điều chế kênh con Chiều dài ký tự(ts) Chiều dài đoạn bảo vệ Tốc độ 1,536MHZ 1,546 DQPSK 1ms Ts/4(250 µs) 2,4Mbps 1,536MHz 758 DQPSK 250 µs Ts/4(62,5 µs) 2,4Mbps 1,536MHz 384 DQPSK 125 µs Ts/4(31,25 µs) 2,4Mbps Hình 3.3: Bảng tham số kỹ thuật truyền dẫn DAB Chn lc Dch v Audio Gii điu ch OFDM Gii mã kênh Gii mã Audio Dch v Data Gii trn gói FIC CONTROL BUS Điu khin Giao din ngi dùng 3.2 . Hệ thống truyền hình số quảng bá (DVB) Truyền hình số là một phương pháp hoàn toàn mới, trên thế giới các nhà điều hành cáp, vệ tinh, trên mặt đất đều đang chuyển động đến môi trường số, nó làm thay đổi cách sống của hàng trăm triệu gia đình trên thế giới. Các công ty cho rằng sự hội tụ giữa máy tính cá nhân, máy thu hình và Internet đã bắt đầu và điều đó sẽ dẫn đến sự chuyển hoá cực đại về máy tính. Đối với người tiêu dùng, kỷ nguyên mới về số sẽ nâng cao việc xem truyền hình ngang với chất lượng chiếu phim, âm thanh ngang với chất lượng CD cùng với hàng trăm kênh truyền hình mới và nhiều dịch vụ mới. Truyền hình số cho thuê bao xem được nhiều chương trình truyền hình với chất lượng cao nhất. Truyền hình số có chất lượng truyền dữ liệu cao, cho phép cung cấp nội dung đa phương tiện phong phú và người xem truyền hình có thể lướt qua Internet bằng máy thu hình, nhờ có kỹ thuật nén, có thể phát sóng nhiều chương trình truyền hình trên một kênh sóng . Các tổ chức về tiêu chuẩn quốc tế là các cơ sở nghiên cứu và đề xuất các tiêu chuẩn truyền hình số,ví dụ một vài tổ chức quốc tế như : - ETSI (the European Telecommunications Standards Institute) - DVB (Digital Video Broadcasting) - ATSC (the Advanced Television Systems Committee) - DAVIC (the Digital Audio Visual Council) - ECCA (the European Cable Communications Association) - CableLabs - W3C (W3 Consortium) - FCC (the Federal Communications Commission) Sự ra đời của truyền hình số có các ưu điểm vượt trội so với các chuẩn truyền dẫn và phát tín hiệu truyền hình tương tự như : * Khả năng chống nhiễu cao * Có khả năng phát hiện và sửa lỗi * Chất lượng truyền hình trung thực do tại phía thu tín hiệu truyền hình số có khả năng phát hiện và tự sửa lỗi nên tín hiệu được khôi phục hoàn toàn giống như phát. * Tiết kiệm phổ tần số và kinh phí đầu tư bằng cách sử dụng công nghệ nén MPEG-2 và phương thức điều chế tín hiệu số có mức điều chế cao như: QBSK, QAM, 16QAM, nhờ đó dải tần 8Mhz có thể tải được 4-8 kênh chương trình truyền hình số chất lượng cao. * Khả năng thực hiện truyền hình tương tác, truyền số liệu và có khả năng truy cập Internet. 3.2.1 Tổng quan về DVB_T. Việc phát triển các tiêu chuẩn DVB đã khởi đầu vào năm 1993 và tiêu chuẩn DVB_T đã được tiêu chuẩn hoá vào năm 1997 do viện tiêu chuẩn truyền thông châu Âu (ESTI: European Telecommunication Standards Institute). Hiện nay tiêu chuẩn này đã được 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 cho truyền hình mặt đất trong những năm tới. 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 truyền hình quảng bá tương tự vì DVB cung cấp phương thức truyền dẫn linh hoạt để phối hợp video, audio và các dịch vụ dữ liệu. Trong truyền hình số mặt đất không thể sử dụng phương pháp điều chế đơn sóng mang được vì multipath sẽ làm ảnh hưởng nghiêm trọng đến chỉ tiêu kĩ 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. DVB_T cho phép hai mode truyền phụ thuộc vào số sóng mang được sử dụng. Tham số Mode 2K Mode 8K Số lượng sóng mang con Độ rộng symbol có ích(TU) Khoảng cách sóng mang (1/TU) Băng thông Khoảng bảo vệ  Phương thức điều chế 1705 s224 4464hz 7.61Mhz T/4, T/8, T/12 QPSK,16-64QAM 6817 s896 1116Hz 7.61Mhz T/4, T/8 QPSK,16-64QAM Bảng 3.1 Mô tả các thông số các mode làm việc trong DVB_T Kiểu 2K phù hợp cho hoạt động bộ truyền đơn lẻ và cho các mạng SFN loại nhỏ có khoảng cách bộ truyền giới hạn; nó sử dụng 1705 sóng mang con. Kiểu 8K có thể được sử dụng cho hoạt động bộ truyền đơn lẻ cũng như cho các mạng SFN loại nhỏ và lớn; nó sử dụng 6817 sóng mang con Để giảm nhỏ ảnh hưởng không bằng phẳng của kênh thì dùng nhiều sóng mang càng tốt. Tuy nhiên khi số sóng mang nhiều, mạch sẽ phức tạp hơn, trong giai đoạn đầu khi công nghệ chế tạo chip chưa hoàn thiện các chip điều chế còn đắt người ta thường dùng mode 2k vì công nghệ chế tạo chip đơn giãn và rẻ hơn. Về cấu trúc máy phát số DVB-T và máy phát hình tương tự là giống nhau nhưng điểm khác biệt là phần điều chế. Hình 4.1 biểu diễn sơ đồ khối bộ điều chế DVB-T. B mã hoá Video B mã hoá s liu B mã hoá Audio 1 n Proramme MUX Transport MUX MPEG-2 Phân tán năng Mã hoá ngoài Ghép xen ngoài Mã hoá trong Ghép xen trong Đnh v (Mapper) IFFT Chèn khong bo v Lc FIR IF RF Khuch đi BPF Hình 3.4: S đ khi b điu ch s DVB-T Thích ng khung Tín hiu t v tinh Máy thu v tinh s Máy thu v tinh s B mã hoá MPEG-2 B mã hoá MPEG-2 A V A V Bô trn nhiu đng B điu ch s B bin tn lên VHF UHF Hình 3.5.S đ khi phn bin đi s sang tng t Tất cả các đài phát của mạng phát xạ DVB_T thông qua hệ thống định vị toàn cầu GPS ( Global Positioning System) được khoá ở một tần số chính xác làm cho tất cả các máy phát sử dụng ở cùng một tần số và được phát trong cùng một thời gian. Nguyên lý của hệ thống này như trình bày ở hình 4.2. 3.2.2 Tính trực giao của các sóng mang OFDM trong DVB_T. Việc sử dụng một số lượng lớn các sóng mang tưởng chừng như không có triển vọng lắm trong thực tế và không chắc chắn, vì có rất nhiều bộ điều chế và giải điều chế và các bộ lọc đi kèm theo, đồng thời phải cần một dải thông lớn hơn để chứa các sóng mang này. Nhưng các vấn đề trên đã được giải quyết khi các sóng mang đảm bảo điều kiện được đặt đều đặn cách nhau một khoảng fU=1/TU,với TU là khoảng symbol hữu dụng, đây cũng chính là điều kiện trực giao của các sóng mang trong hệ thống ghép kênh phân chia tần số trực giao, hình 4.3 biểu diễn hình ảnh của phổ tín hiệu của 16 sóng mang con trực giao nhau trong dải thông kênh truyền dẫn và phổ tín hiệu RF của máy phát số DVB_T có dải thông 8MHz. Các thành phổ của máy phát số DVB_T (gồm hàng nghàn các sóng mang con) chiếm hết dải thông 8MHz. Hình 3.6 Phổ của tín hiệu OFDM với số sóng mang N=16 và phổ tín hiệu RF thực tế. 3.2.3 Biến đổi IFFT và điều chế tín hiệu trong DVB-T Như đã trình bày trong các chương trước, bản chất của quá trình tạo tín hiệu OFDM là phân tích chuỗi bit đầu vào thành các sóng mang đã được điều chế theo một kiểu nào đó trong miền thời gian liên tục. Tuỳ thuộc vào kiểu điều chế mỗi tổ hợp bit trong chuỗi bit đầu vào được gán cho một tần số sóng mang, vì vậy mỗi sóng mang chỉ tải số lượng bit cố định. Nhờ bộ định vị (Mapper) và điều chế M- QAM, sóng mang sau khi điều chế QAM là một số phức và được xếp vào biểu đồ chòm sao theo quy luật mã Gray trên 2 trục Re (thực) và Im(ảo). Vị trí của mỗi điểm tín hiệu (số phức) trên biểu đồ chòm sao phản ánh thông tin về biên độ và pha của các sóng mang. Quá trình biến đổi IFFT sẽ biến đổi các số phức biểu diễn các sóng mang trong miền tần số thành các số phức biểu diễn các sóng mang trong miền thời gian rời rạc (Hình 4.3 trên cho ta thấy phổ của symbol OFDM ). Trong thực tế các thành phần Re và Im được biểu diễn bằng chuỗi nhị phân được bộ điều chế IQ sử dụng để điều chế sóng mang cũng được biểu diễn bằng một chuỗi nhị phân. Chuỗi nhị phân sau điều chế IQ được biến đổi D/A để nhận được tín hiệu trong băng tần cơ bản. Quá trình xử lý ở phía thu của DVB-T sẽ thực hiện biển đổi FFT để tạo các điểm điều chế phức của từng sóng mang phụ trong symbol OFDM, sau khi giải định vị (Demapping) xác định biểu đồ bit tương ứng các tổ hợp bit được cộng lại để khôi phục dòng dữ liệu đã truyền. 3.2.4. Lựa chọn điều chế cơ sở. Tại mỗi symbol, mỗi sóng mang sẽ được điều chế bởi một số phức lấy từ tập chòm sao. Tuỳ thuộc vào kiểu điều chế cơ sở được chọn là QPSK, 16QAM hay 64QAM mỗi sóng mang sẽ vận chuyển được số bit dữ liệu là 2, 4 hoặc 6 bit. Tuy nhiên với công suất phát cố định, khi có nhiều bit dữ liệu trong một symbol thì các điểm trong chòm sao càng gần nhau hơn và khả năng chống lỗi sẽ bị giảm. Do vậy cần có sự cân đối giữa tốc độ và mức độ lỗi. Với mô hình điều chế không phân cấp luồng số liệu đầu vào được tách thành các nhóm có số bit phụ thuộc vào kiểu điều chế cơ sở. Mỗi nhóm bit này mang thông tin về pha và biên độ của sóng mang và tương ứng với một điểm trên biểu đồ chòm sao. Hình 4.4 biểu diễn các chòm sao của điều chế QPSK(4 QAM), 16-QAM và 64-QAM không phân cấp. Trong mô hình điều chế phân cấp, hai luồng số liệu độc lập sẽ được truyền trong cùng một thời điểm. Luồng dữ liệu có mức ưu tiên cao(HP) được điều chế QPSK và luồng có mức ưu tiên thấp được điều chế 16-QAM hoặc 64-QAM. Hình 3.7. Biểu diễn chòm sao của điều chế QPSK, 16-QAM và 64-QAM 00000010 0011 0001 1000 1010 1001 1011 1101 1111 1100 1110 0111 0110 0101 0100 6 4 -4 -6 6-4-6 4 Hình 3.8. Biểu diễn chòm sao của điều chế phân cấp 16-QAM với α = 4. 3.2.5. Số lượng, vị trí và nhiệm vụ của các sóng mang. Tín hiệu truyền đi được tổ chức thành các khung (Frame). Cứ 4 khung liên tiếp tạo thành một siêu khung. Lý do việc tạo ra các khung là để phục vụ tổ chức mang thông tin tham số bên phát (bằng các sóng mang báo hiệu tham số bên phát- Transmission Parameter Signalling - TPS carriers). Lý do của việc hình thành các siêu khung là để chèn vừa đủ một số nguyên lần gói mã sửa sai Reed-Solomon 204 byte trong dòng truyền tải MPEG-2 cho dù ta chọn bất kỳ cấu hình tham số phát, điều này tránh việc phải chèn thêm các gói đệm không cần thiết. Mỗi khung chứa 68 symbol OFDM trong miền thời gian (được đánh dấu từ 0 đến 67). Mỗi symbol này chứa hàng ngàn sóng mang (6817 sóng mang với chế độ 8K, và 1705 sóng mang với chế độ 2K) nằm dày đặc trong dải thông 8 MHz (Việt Nam chọn dải thông 8MHz, có nước chọn 7MHz). Hình 4.6 biểu diễn phân bố sóng mang của DVB-T theo thời gian và tần số. Hình 3.9. Phân bố sóng mang của DVB-T (chưa chèn khoảng bảo vệ) Như vậy trong một symbol OFDM sẽ chứa: - Các sóng mang dữ liệu (video, audio, ...) được điều chế M-QAM. Số lượng các sóng mang dữ liệu này chỉ có 6048 với 8K, và 1512 với 2K. - Các pilot (sóng mang) liên tục: bao gồm 177 pilot với 8K, và 45 pilot với 2K. Các pilot này có vị trí cố định trong dải tần 8MHz và cố định trong biểu đồ chòm sao để đầu thu sửa lỗi tần số, tự động điều chỉnh tần số (AFC) sửa lỗi pha. - Các pilot (sóng mang) rời rạc (phân tán): bao gồm 524 pilot với 8K, và 131 pilot với 2K có vị trí cố định trong biểu đồ chòm sao. Chúng không có vị trí cố định trong miền tần số, nhưng được trải đều trong dải thông 8MHz. Bên máy thu khi nhận được các thông tin từ các pilot này sẽ tự động điều chỉnh để đạt được "đáp ứng kênh" tốt nhất và thực hiện việc hiệu chỉnh (nếu cần). - Khác với sóng mang các chương trình, các pilot không điều chế QAM, mà chỉ điều chế BPSK với mức công suất lớn hơn 2,5 dB so với các sóng mang khác. Hình 4.7 biểu diễn phân bố sóng mang pilot rời rạc và liên tục với múc công suất lớn hơn các sóng mang dữ liệu 2,5 dB. Hình 3.10. Phân bố các pilot của DVB-T - Các sóng mang thông số phát TPS (Transmission Parameter Signalling) chứa nhóm thông số phát được điều chế BPSK vì thế trên biểu đồ chòm sao, chúng nằm trên trục thực. Sóng mang TPS bao gồm 68 sóng mang trong chế độ 8K và 17 sóng mang trong chế độ 2K. Các sóng mang TPS này không những có vị trí cố định trên biểu đồ chòm sao, mà còn hoàn toàn cố định ở các vị trí xác định trong dải tần 8MHz. Hình 4.7 biểu diễn vị trí các pilot và sóng mang TPS được điều chế BPSK Hình 3.11. Phân b các pilot ca DVB-T trên biu đ chòm sao 3.2.6. Chèn khoảng thời gian bảo vệ. Trong thực tế khi khoảng tổ hợp thu được trải dài theo 2 symbol thì không chỉ có nhiễu giữa các symbol (ISI) mà còn cả nhiễu tương hỗ giữa các sóng mang (ICI). Để tránh điều này người ta chèn thêm khoảng bảo vệ (Guard Interval duration) Tg trước mỗi symbol để đảm bảo các thông tin là đến từ cùng một symbol và xuất hiện cố định. Hình 3.12. Phân bố sóng mang khi chèn thêm khoảng thời gian bảo vệ Mỗi khoảng symbol được kéo dài thêm vì thế nó sẽ vượt quá khoảng tổ hợp của máy thu Tu. Như vậy đoạn thêm vào tại phần đầu của symbol để tạo nên khoảng bảo vệ sẽ giống với đoạn có cùng độ dài tại cuối symbol. Miễn là trễ không vượt quá đoạn bảo vệ, tất cả thành phần tín hiệu trong khoảng tổ hợp sẽ đến từ cùng một symbol và tiêu chuẩn trực giao được thoả mãn. ICI và ISI chỉ xảy ra khi trễ vượt quá khoảng bảo vệ. Độ dài khoảng bảo vệ được lựa chọn sao cho phù hợp với mức độ thu đa đường(multi path) của máy thu. Việc chèn khoảng thời gian bảo vệ được thực hiện tại phía phát. Khoảng thời gian bảo vệ Tg có các giá trị khác nhau theo quy định của DVB-T [1]: 1/4Tu, 1/8Tu, 1/16Tu và 1/32Tu. Khi chênh lệch thời gian của các tia sóng đến đầu thu không vượt quá khoảng thời gian bảo vệ Tg, thì máy thu hoàn toàn khắc phục tốt hiện tượng phản xạ (xem hình 4.10). Thực chất, khoảng thời gian bảo vệ Tg là khoảng thời gian trống không mang thông tin hữu ích. Vì vậy, cùng chế độ phát, Tg càng lớn, thông tin hữu ích sẽ càng ít, số lượng chương trình sẽ giảm. Nhưng Tg càng lớn khả năng khắc phục các tia sóng phản xạ từ xa đến càng hiệu quả. Với sử dụng kỹ thuật ghép đa tần trực giao và với thông số khoảng thời gian bảo vệ này tạo tiền đề cho việc thiết lập mạng đơn tần DVB-T. Các máy phát thuộc mạng đơn tần đều phát cùng một kênh sóng, rất thuận lợi cho quy hoạch và tiết kiệm tài nguyên tần số. Hình 3.13. Các tia sóng đến trong thời khoảng bảo vệ 3.2.7. Tổng vận tốc dòng dữ liệu của máy phát số DVB-T. Thông thường, thông tin trên một kênh cao tần 8MHz của máy phát DVB-T phụ thuộc vào tổng vận tốc dòng dữ liệu mà nó có khả năng truyền tải và có thể thấy các tham số phát như kiểu điều chế (modulation), tỷ lệ mã sửa sai (code rate) và khoảng thời gian bảo vệ (Guard interval) sẽ quyết định khả năng này. Bảng 4.1 thống kê tổng vận tốc dòng dữ liệu máy phát DVB-T có thể truyền tải từ 4,98 Mbit/s đến 31,67 Mbit/s trên một kênh cao tần 8MHz với các nhóm thông số phát khác nhau. Bảng 3.2: Tổng vận tốc dòng dữ liệu 3.2.8.Điện thoại di động trong hệ thống truyền hình số mặt đất DVB-T Song song với sự phát triển của các loại hình dịch vụ như GSM, CDMA, …thì dịch vụ truyền hình số mặt đất DVB-T đã và đang phát triển rất mạnh mẽ, phần nào đáp ứng được nhu cầu của người sử dụng hiện tại và trong tương lai. Gần đây đã có những tập đoàn lớn hoạt động trong lĩnh vực thông tin đã cho ra đời loại điện thoại di động có thể thu được truyền hình số mặt đất. Cơ sở hoạt động của loại điện thoại di động này là: Thứ nhất là giải mã tuân theo nguyên tắc ghép kênh phân chia theo tần số trực giao (OFDM) nhở chip vi xử lý mRD61530 LSI cho phép thu phân đoạn từng phần. Đây là một trong những phương pháp điều chế mà ở Việt Nam, Nhật Bản, và các nước Châu Âu đang áp dụng trong truyền hình số mặt đất. Thứ hai là về băng tần : chủ yếu băng tần nằm trong dải tần UHF từ kênh 13 đến kênh 62. Thứ ba là hệ thống ghép kênh : hệ thống ghép kênh MPEG-2. Thứ tư là mã hóa hình tuân theo chuẩn MPEG-4 (vẫn còn đang trong thời gian thử nghiệm), còn mã hóa tiếng tuân theo chuẩn MPEG-2. Điện thoại di động DVB-T sử dụng đường xuống (downlink) nhờ hệ thống DVB-T. Điện thoại di động dùng trong truyền hình số mặt đất sử dụng OFDM có những ưu điểm nổi bật đó là : độ nhạy cao, khả năng thu di động tốt, tránh được nhiễu sang các kênh bên cạnh, loại bỏ được hiện tượng fading đa đường, cho phép thu được hình ảnh; âm thanh cũng như truy cập Internet tốc độ cao. Tốc độ dữ liệu có thể lên tới 15 Mbps nếu như sử dụng băng tần 8 MHz và điều chế 64-QAM. Loại điện thoại di động này có thể cho phép thu được cả mạng đơn tần (SFN) cũng như mạng đa tần (MFN). Để làm được điều này, máy di động có thể lựa chọn dựa trên 3 thông số cơ bản sau : kiểu điều chế, tỷ lệ mã hóa và khoảng bảo vệ. Trong thông tin di động, ví dụ như hệ thống GSM hay CDMA người ta thường để ý đến hiệu ứng dịch tần Doppler cũng như fading, nhưng trong hệ thống DVB-T thì vấn đề này người ta có thể khắc phục dễ dàng nhờ khoảng bảo vệ trong hệ thống OFDM. Bảng 5.3 thể hiện các chuẩn truyền dẫn không dây sử dụng OFDM . Bằng việc chèn các khoảng bảo vệ trước tín hiệu OFDM đã cho phép máy di động có thể loại bỏ được tiếng vang và khả năng thu kể cả khi có hiện tượng Doppler cũng sẽ tốt hơn. Còn khi nói đến lỗi, điện thoại di động tính đến hai kiểu lỗi là lỗi sau giải mã Viterbi và lỗi điểm. Trong hệ thống DVB-T cho phép lỗi sau giải mã Viterbi là 2.10-4 và sau giải mã RS là 2.10-11, điều này có nghĩa là sẽ có một bit lỗi trong khoảng 5 giờ với tốc độ dữ liệu 5 Mbps. Đối với lỗi điểm, nó cho phép đánh giá được chất lượng hỉnh ảnh và thường dựa vào thông số SFP (subjective failure point). Một điều cũng cần phải nói tới ở đây là mỗi máy thu di động sử dụng một sóng mang dẫn đường (được gọi là kí tự pilot). Số lượng của các pilot tùy thuộc vào kiểu pilot trong hệ thống OFDM. Tóm lại, điện thoại di động trong DVB-T sẽ làm thay đổi lớn trong cuộc sống hằng ngày của chúng ta. Trong tương lai không xa, bạn có thể ngồi trên xe ô tô cũng có thể xem được truyền hình số, có thể nhắn tin bằng điện thoại di động qua mạng DVB-T trong khi xe của bạn chạy với tốc độ 360 km/h. Điện thoại DVB-T cũng sẽ cung cấp nhiều dịch vụ đòi hỏi tốc độ cao như hình ảnh, âm thanh và truy cập Internet hay các hệ thống đa phương tiện tốc độ cao. Hơn nữa, bạn cũng có thể ngồi ở nhà chỉ với một chiếc điện thoại di động cũng có thể đặt vé máy bay, vé tàu hay chơi game qua mạng DVB-T. Tốc độ lấy mẫu 20 MHz Chu kì chip 50 ns Số lượng điểm FFT 64 Số lượng sóng mang phụ 52 Tốc độ lấy mẫu 20 MHz Chu kì chip 50 ns Số lượng điểm FFT 64 Số lượng sóng mang phụ 52 Bảng 3.3 : Các thông số chính trong chip vi xử lý mRD61530 LSI. 3.2.9. Hệ thống quảng bá truyền hình số vệ tinh DVB-S: Hình 3.14: Sơ đồ khối hệ thống quảng bá truyền hình số vệ tinh Nguyên lý quảng bá truyền hình số vệ tinh trình bày ở trên hình 3.5 thông tin âm tần và thị tần và các tín hiệu số trước tiên sẽ đi qua bộ nén biên mã số MPEG2 (ENC) tiến hành việc nén biên mã, tín hiệu truyền hình số với tốc độ trên 200Mb/s được nén xuống còn 6Mb/s, dòng số liệu MPEG2 bị nén nhiều đường sẽ được đưa vào bộ trộn số tiến hành việc trộn, ở ngõ ra sẽ nhận được dòng mã MPGE2 có tốc độ cao hơn. Căn cứ vào yêu cầu của tác giả các chương trình, các chương trình truyền hình cần truyền tải sẽ được thực hiện việc mã hóa, sau đó dòng số liệu MPGE2 được đưa vào bộ điều chế QPSK. Cuối cùng tiến hành biến tần, tín hiệu QPSK bị điều chế tới trung tần IF, đạt tới tần số viba cần thiết của dãy sóng C hoặc KU, thông qua anten phát tiến hành phát xạ lên truyền hình vệ tinh. 3.2.10. Hệ thống quảng bá truyền hình số hữu tuyến DVB-C Hình 3.15. Sơ đồ khối hệ thống thu truyền hình số B BIN TN TIVI THÔNG THNG MÁY THU V TINH S B mã hóa MPEG B mã hóa MPEG B mã hóa MPEG B trn nhiu đng B điu ch QPSK B đi tn lên Hình 3.16. Sơ đồ khối hệ thống truyền hình số hữu tuyến Trong mạng truyền hình hữu tuyến do tín hiệu ảnh được truyền tải trên đường dây cáp đồng trục nên nó ít bị can nhiễu bên ngoài. Trong các nguyên tắc DVB đã quy định sử dụng các phương thức điều chế QAM, căn cứ vào trạng thái môi trường truyền tải có thể sử dụng các tốc độ điều chế khác nhau như 16-QAM, 128-QAM, 256-QAM. Hiện nay trong mạng truyền hình số hữu tuyến sử dụng tốc độ điều chế 64-QAM trong dải tần rộng 8MHz có thể truyền tín hiệu đạt tới 38,1 Mb/s. Nếu tín hiệu truyền hình lấy nguồn từ vệ tinh thì cần một máy thu vệ tinh IRD để thu các chương trình khác nhau và chuyển đổi thành dòng dữ liệu MPEG2, đối với tín hiệu thị tần –âm tần AV thì cần bộ giải nén biên mã số để giải mã tín hiệu, tạo ra dòng dữ liệu MPEG2. Nguồn tín hiệu khác nhau sẽ tạo ra dòng dữ liệu MPEG2 ở bộ trộn nhiều đường số để tiến hành trộn và thu dòng mã MPEG2 có tốc độ cao hơn. Sau đó tín hiệu này đưa vào bộ điều chế QAM, bộ biến tần để đạt được dải tần cần thiết cho mạng truyền hình hữu tuyến. Máy thu v tinh s Máy thu v tinh s Máy thu v tinh s B gii điu ch s B gii điu ch s B gii điu ch s B trn Máy phát MMDS 3.3 KỸ THUẬT OFDMA TRONG WiMAX 3.3.1 Giới thiệu kỹ thuật OFDMA OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access - Đa truy nhập phân tần trực giao ) là một công nghệ đa sóng mang phát triển dựa trên nền kĩ thuật OFDM. Trong OFDMA, một số các sóng mang con, không nhất thiết phải nằm kề nhau, được gộp lại thành một kênh con (sub-channel) và các user khi truy cập vào tài nguyên sẽ được cấp cho một hay nhiều kênh con để truyền nhận tùy theo nhu cầu lưu luợng cụ thể. 3.3.2 Đặc điểm OFDMA có một số ưu điểm như là tăng khả năng linh hoạt, thông lượng và tính ổn định đươc cải thiện.Việc ấn định các kênh con cho các thuê bao cụ thể, việc truyền nhận từ một số thuê bao có thể xảy ra đồng thời mà không cần sự can thiệp nào, do đó sẽ giảm thiểu những tác động như nhiễu đa truy xuất (Multi access Interfearence- MAI) Hình 3.17. ODFM và OFDMA Hình 3.2 mô tả một ví dụ về bảng tần số thời gian của OFDMA, trong đó có 7 người dùng từ a đến g và mỗi người sử dụng một phần xác định của các sóng mang phụ có sẵn,khác với những người còn lại. F A d A D a D A d A D a D A c e A c E a c E A c e A c E a c E B e g B E g b E g B e g B E g b E g B F g B F g b F g B F g B F g b F g t Hình 3.18. Ví dụ của biểu đồ tần số, thời gian với OFDMA. Thí dụ cụ thể này thực tế là sự hỗn hợp của OFDMA và TDMA bởi vì mỗi người sử dụng chỉ phát ở một trong 4 khe thời gian, chứa 1 hoặc vài symbol OFDM. 7 người sử dụng từ a đến g đều được đặt cố định (fix set) cho các sóng mang theo bốn khe thời gian. 3.3.3 OFDMA nhảy tần Trong ví dụ trước của OFDMA, mỗi người sử dụng đều có một sự sắp đặt cố định (fix set) cho sóng mang. Có thể dễ dàng cho phép nhảy các sóng mang phụ theo khe thời gian như được mô tả trong hình. Việc cho phép nhảy với các mẫu nhảy khác nhau cho mỗi user làm biến đổi thực sự hệ thống OFDM trong hệ thống CDMA nhảy tần. Điều này có lợi là tính phân tập theo tần số tăng lên bởi vì mỗi user dùng toàn bộ băng thông có sẵn cũng như là có lợi về xuyên nhiễu trung bình, điều rất phổ biến đối với các biến thể của CDMA. Bằng cách sử dụng mã sửa lỗi hướng đi (Forward Error Correcting - FEC) trên các bước nhảy, hệ thống có thể sửa cho các sóng mang phụ khi bị fading sâu hay các sóng mang bị xuyên nhiễu bởi các user khác. Do đặc tính xuyên nhiễu và fading thay đổi với mỗi bước nhảy, hệ thống phụ thuộc vào năng lượng tín hiệu nhận được trung bình hơn là phụ thuộc vào user và năng lượng nhiễu trong trường hợp xấu nhất. f A b c c B A B c B a C A t Hình 3.19 Biểu đồ tần số thời gian với 3 người dùng nhảy tần a, b, c đều có 1 bước nhảy với 4 khe thời gian. Ưu điểm cơ bản của hệ thống OFDMA nhảy tần hơn hẳn các hệ thống DS- CDMA và MC-CDMA là tương đối dễ dàng loại bỏ được xuyên nhiễu trong một tế bào bằng cách sử dụng các mẫu nhảy trực giao trong một tế bào. Một ví dụ của việc nhảy tần như vậy được mô tả trong hình 3.4 cho N sóng mang phụ,nó luôn luôn có thể tạo ra N mẫu nhảy trực giao. A F e D c b B A f E d c C B a F e d D C b A f e E D c B a f F E d C b a Hình 3.20 6 mẫu nhảy tần trực giao với 6 tần số nhảy khác nhau 3.3.4 Hệ thống OFDMA Hình 3.21: Tổng quan hệ thống sử dụng OFDMA Điuch băng tn gc Chèn ký t dn đng IFFT Chèn GI DAC DAC Tách GI IFFT Tách ký t dn đng Cân bng kênh Khôi phc kênh truyn Gii điu ch băng tn gc Kênh truyn Nguồn tín hiệu làm một bít được điều chế ở băng tần cơ sở thông qua các phương pháp điều chế như QPSK ,M- QAM… Tín hiệu dẫn đường (bản tin dẫn đường, kênh hoa tiêu - pilot symbol) được chèn vào nguồn tín hiệu, sau đó được điều chế thành tín hiệu OFDM thông qua biến đổi IFFT và chèn chuỗi bảo vệ GI. Luồng tín hiệu số được chuyển thành tín hiệu tương tự trước khi truyền trên kênh vô tuyến qua anten phát. Tín hiệu này sẽ bị ảnh hưởng bởi fading và nhiễu trắng AWGN( Addictive White Gaussian Noise ). Tín hiệu dẫn đường là mẫu tín hiệu được biết trước ở phía phát và phía thu, được phát kèm với tín hiệu có ích nhằm khôi phục kênh truyền và đồng bộ hệ thống. Hình 3.22 Mẫu tín hiệu dẫn đường trong OFDMA Phía máy thu sẽ thực hiện ngược lại so với máy phát. Để khôi phục tín hiệu phát thì hàm truyền phải được khôi phục nhờ vào mẫu tin dẫn đường đi kèm. Tín hiệu nhận được sau khi giải điều chế OFDM được chia làm hai luồng tín hiệu. Luồng thứ nhất là tín hiệu có ích được đưa đến bộ cân bằng kênh. Luồng thứ hai là mẫu tin dẫn đường được đưa vào bộ khôi phục kênh truyền, sau đó lại được đưa đến bộ cân bằng kênh để khôi phục lại tín hiệu ban đầu. Đối với kênh hướng xuống : Hình 3.23. OFDMA downlink Hình 3.24 Cấu trúc cụm trong OFDMA downlink Cấu trúc cụm bao gồm 1 kênh con trong miền tần số và n kí hiệu OFDM trong miền thời gian, chứa N sóng mang. Mỗi sóng mang có thể được điều chế khác nhau. Đối với kênh hướng lên : Hình 3.25 OFDMA uplink Hình 3.26. Cấu trúc cụm trong OFDMA uplink Cấu trúc cụm gồm 1 kênh con trong miền tần số và 3 kí hiệu OFDM trong miền thời gian, mỗi cụm chứ 144 sóng mang dữ liệu, sử dụng điều chế thích nghi trên từng user; mỗi user có thể yêu cầu từ 1 đến 32 kênh con; 2 kênh con được sử dụng làm ranging (phép đo cự li bằng cách đo thời gian truyền của tín hiệu điện từ) và yêu cầu băng thông (nếu có) của user . Khi cấp sóng mang cho các user, OFDMA tạo ra một dãy cơ bản các sóng mang rồi thực hiện dịch vòng dãy khi cấp cho các user khác nhau. 3.3.4.1 Chèn chuỗi dẫn đường ở miền tần số và miền thời gian Hình 3.27 Chèn chuỗi dẫn đường trong miền tần số và thời gian Mẫu tin dẫn đường có thể được chèn cùng với mẫu tin có ích ở cả miền tần số và miền thời gian như trên hình. Tuy nhiên khoảng cách giữa hai mẫu tín hiệu dẫn đường liên tiếp nhau tuân theo quy luật lấy mẫu cả ở miền tần số và miền thời gian. Ở miền tần số, sự biến đổi kênh vô tuyến phụ thuộc thời gian trễ truyền dẫn lớn nhất của kênh τmax (maximum propagation delay or delay spread). Với rf là tỉ số lấy mẫu (oversampling) ở miền tần số, fs là khoảng cách liên tiếp giữa hai sóng mang t f con, khoảng cách giữa hai mẫu tin dẫn đường ở miền tần số Df phải thoả mãn điều kiện sau: max 1 1f f S r D f   (3.1) Tỉ số lấy mẫu tối thiểu ở miền tần số rf phải là 1. Tỉ số này có thể lớn hơn 1, khi đó, số mẫu tin dẫn đường nhiều hơn mức cần thiết và kênh truyền được lấy mẫu vượt mức (oversampling). Trong trường hợp khoảng cách giữa hai mẫu tin dẫn đường không thỏa mãn điều kiện lấy mẫu như trên, rf <1, thì kênh truyền không thể được khôi phục hoàn toàn thông qua mẫu tin dẫn đường. Tương tự như ở miền tần số, khoảng cách giữa hai mẫu tin dẫn đường liên tiếp trong miền thời gian Dt cũng phải thỏa mãn điều kiện lấy mẫu tương ứng. Sự biến đổi của hàm truyền vô tuyến ở miền thời gian phụ thuộc vào tần số Doppler. Theo tiêu chuẩn lấy mẫu thì khoảng cách Dt phải thoả mãn điều kiện: max 1 1 2 ( )f D t S S r f D T T    (3.2) Tỉ số rt được gọi là tỉ số lấy mẫu ở miền thời gian. Trong trường hợp điều kiện trên không thoả mãn thì hàm truyền kênh vô tuyến cũng không thể khôi phục hoàn toàn ở máy thu. 3.3.4.2 Điều chế thích nghi Điều chế thích nghi (adaptive modulation) cho phép hệ thống điều chỉnh nguyên lý điều chế tín hiệu theo tỉ lệ tín hiệu trên nhiễu (SNR) của đường truyền vô tuyến. Khi đường truyền vô tuyến có chất lượng cao, nguyên lý điều chế cao nhất được sử dụng làm tăng thêm dung lượng hệ thống. Trong quá trình suy giảm tín hiệu, hệ thống WiMAX có thể chuyển sang một nguyên lý điều chế thấp hơn để duy trì chất lượng và sự ổn định của đường truyền. Đặc điểm này cho phép hệ thống khắc phục hiệu ứng fading lựa chọn thời gian. Đặc điểm quan trọng của điều chế thích nghi là khả năng tăng dải sử dụng của nguyên lý điều chế ở mức độ cao hơn, do đó hệ thống có tính mềm dẻo đối với tình trạng fading thực tế. Hình 3.28 Điều chế thích nghi Kỹ thuật điều chế và mã hoá thích nghi là một trong những ưu việt của OFDM vì nó cho phép tối ưu hoá mức điều chế trên mỗi kênh con dựa trên chất lượng tín hiệu (tỷ lệ SNR) và chất lượng kênh truyền dẫn. 3.3.4.3 Các kĩ thuật sửa lỗi Ngoài mã xoắn rất phổ biến sử dụng trong các hệ thống vô tuyến, WiMAX cũng như cá hệ thống OFDM thường sử dụng một số mã sau: O F D M C e lls (6 4 m o de ) O F D M A C e ll (2 k m o de ) 6 4Q A M u se rs 1 6Q A M u se rs Q P S K u se rs 3.3.4.3.1 Mã hóa LDPC (Low-Density-Parity-Check) Với những người thiết kế thông tin, đặc biệt trong lĩnh vực không dây và hệ thống mạng, giới hạn Shannon được xem như là kỳ vọng cao nhất. Đến nay các nhà thiết kế đã phát triển và cải thiện các kỹ thuật mã hoá sửa sai nhằm đưa hiệu suất kênh ngày càng tiến gần tới giới hạn Shannon. Việc tìm ra các phương án FEC là một nhu cầu trong việc nâng cao hiệu suất truyền tin, LDPC là một trong những phương án đó. Mã LDPC đã đưa đến giải pháp FEC mà khi thực hiện tiến gần hơn tới giới hạn Shannon. Mã LDPC dựa trên cơ sở ma trận H chứa một vài giá trị "1".Mã hoá được thực hiện bằng việc sử dụng các đẳng thức từ ma trận H để tạo ra các bit kiểm tra chẵn lẻ. Quá trình giải mã được thực hiện bằng sử dụng "cổng vào mềm" với các đẳng thức trên để xác định các trị số đã gửi. Quá trình xử lý được lặp theo phương pháp tương tác trong bộ mã hoá tốc độ cao. Mã LDPC có thể gây ra nền lỗi là điểm yếu chung của TCCs. Để chỉ ra nền lỗi, các mã đầu ra như là phương pháp BCH có thể phối hợp với công nghệ LDPC.Mã đầu ra BCH có hiệu ứng nền lỗi thấp. Các công nghệ quảng bá video số sử dụng phương pháp này để phát triển tiêu chuẩn DVB-S2. Với khả năng linh hoạt của LDPC, mã có thể được xây dựng chính xác theo đúng kích cỡ của khối hoặc tỷ lệ mã, tuy vậy thực hiện thực tế có thể buộc phải xác định trước kích cỡ khối và tốc độ mã có thể đạt được. Sau khi xác định kích cỡ khối và tốc độ mã, ma trận H được xây dựng với n cột và (n-k) hàng có chứa một vài giá trị “1”. Ma trận H được xây dựng thích hợp là ma trận có khoảng cách tối thiểu (dmin) lớn. Khi đó sẽ có số lượng “1” trong ma trận H nhỏ và như vậy số lượng cột của H cần có để có tổng bằng 0 hướng tới như các mã được xây dựng ngẫu nhiên. Khoảng cách tối thiểu trong ví dụ mã sau chỉ là 4, do đó có thể chỉ cần xem xét các cột 0, 1, 3 và 4 của ma trận H. Ví dụ về tạo mã: Một bộ tạo mã LDPC đơn giản được sử dụng để giới thiệu về mã (16,9) với ma trận H sau.Các tham số trong ví dụ là: k bit bản tin = 9 n-k bit chẵn lẻ = 7 Tỷ lệ mã = k/n = 9/16 Hình 3.29 Ví dụ về một ma trận mã LDPC Trong ví dụ mã trên, các cột từ n0 đến n8 tương ứng với phần bản tin của khối mã, còn các cột từ n9 đến n15 tương ứng với (n-k) bit chẵn lẻ và ở ma trận con thì phía dưới có dạng hình tam giác nhằm đơn giản hoá hơn quá trình mã hoá.Ví dụ, mã hoá bit chẵn lẻ n9 chỉ cần biết n0, n1 và n2. Đẳng thức logic cơ số 2 có thể viết được trực tiếp từ hàng của ma trận H theo dạng của bộ tạo mã LDPC như sau: Viết đẳng thức chẵn lẻ cho hàng đầu tiên để tạo mã n9 n0 + n1 + n2 + n9 = 0 n9 = n0 + n1 + n2 Tiếp tục thực hiện với các hàng còn lại sẽ có đầy đủ 7 đẳng thức n9 = n0 + n1 + n2 n10 = n3 + n4 + n5 n11 = n6 + n7 + n8 n12 = n0 + n3 + n6 n13 = n1 + n4 + n7 n14 = n2 + n5 + n8 n15 = n12 + n13 + n14 Để hoàn chỉnh bộ tạo mã LDPC, người thiết kế cần chuyển các đẳng thức logic cơ số 2 thành các mạch điện 3 đầu vào đảo (exclusive) hoặc cổng XOR và thanh ghi các đầu ra. Để mã hoá có hệ thống,thứ tự các bit truyền trong kênh cần bảo đảm thứ tự là n0 ... n15. Sử dụng phương pháp này sẽ không cần đến yêu cầu xác định ma trận sinh mà thay vào đó là phương pháp sử dụng lần lượt các đẳng thức ma trận sinh để mã hoá dữ liệu.  Bộ giải mã LDPC Bộ giải mã LDPC nhận các khối dữ liệu,gồm cả các bit sai do nhiễu, với 5 hoặc 6 bit sửa sai sẽ quyết định giá trị 0 hay 1 của bit nhận được. Giải mã khối sử dụng quá trình lặp gồm việc giải (n-k) đẳng thức kiểm tra chẵn lẻ của ma trận H.Việc giải các đẳng thức trong trường hợp này có nghĩa cập nhật các giá trị thật của các bit trong các đẳng thức là 1 hay 0 sử dụng truyền lan tin cậy hoặc các xấp xỉ đơn giản của truyền lan tin cậy. Quá trình này được lặp lại nhiều vòng, thường từ 30 đến 60, để giải mã hoàn toàn khối dữ liệu nhận được. Bộ giải mã có thể dừng khi một từ mã đã được xác định đúng (thoả mãn tất cả các đẳng thức kiểm tra chẵn lẻ) hoặc khi thời gian qui định hết mà không tìm được từ mã. Các khối kích thước lớn và tương tác mở rộng sẽ nâng cao hiệu suất của mã nhưng cả hai sẽ yêu cầu năng lực xử lý, tốc độ dữ liệu và bộ nhớ chiếm dụng cao hơn. Mã LDPC đang chứng minh rằng nó đạt độ tăng ích mã tuyệt vời với dải tỷ lệ mã và kích cỡ khối rộng. Lợi ích chính khi sử dụng LDPC là hiệu suất tăng ích đo được theo dB có thể được sử dụng theo nhiều cách như giảm công suất truyền,tăng thông lượng số liệu,khoảng cách truyền xa hơn, hoặc tăng độ tin cậy của đường truyền thông tin. Khi công suất phát bị giới hạn thì độ tăng ích mã hoá do mã LDPC tạo ra sẽ là sự khác biệt giữa thông tin chính xác và không có thông tin. 3.3.4.3.2 Mã hoá Reed-Solomon  Giới thiệu: Đặc điểm quan trọng của mã RS là khoảng cách tối thiểu trong bộ mã (n,k) là n-k+1. Với bất kì giá trị nguyên dương t≤ 2m-1 luôn tồn tại mã RS sửa t symbol lỗi.Ví dụ: n = 2m-1 n-k=2t k= 2m-1-2t dmin = 2t+1=n-k+1 Đa thức sinh sẽ là: 2 2tg(x) (x )(x )...(x )    = 2 2t 1 2t0 1x 2t 12xg g g ... g x x       (3.3) với 2 2 t, ,...,   là các nghiệm. Ví dụ: m = 8 , t = 16 n = 255 k = n – 2t = 223 dmin = 33 (3.4)  Cách tạo mã: Cho đa thức m(x) là thông tin cần mã hoá, k = n-2t m(x) = m0+m1x+…+mk-1xk-1 Thực hiện chia x2tm(x) cho g(x), ta được b(x) là phần dư: x2tm(x) = a(x)g(x)+b(x) b(x) = b0+b1x+…b2t-1x2t-1 (3.5) Cuối cùng, đa thức mã hoá sẽ là : b(x)+x2tm(x) Sơ đồ tạo mã: Hình 3.30 Sơ đồ tạo mã RS  Giãi mã: Với c(x) là đa thức mã gửi đi, r(x) là đa thức nhận được và e(x) là lỗi tác động. n 10 1 n 1c(x) c c x ... c x      n 10 1x n 1r(x) r r x ... r x      (3.6) e(x) r(x) c(x)  2 n 10 1 2 n 1e e x e x ... e x       Giả sử e(x) có v lỗi tại các vị trí xj1, xj2, xjv.. j1 j2 ... jvj1 j2 jve(x) e x e x e x    (3.7) Vị trí các lỗi là: j1 j2 jvj1 j2 jvZ , Z ,..., Z   Các giá trị lỗi là: j1 j2 jve , e ,..., e  Tính syndrome: Hình 3.31 Sơ đồ syndrome thu của RS n 10 1x n 1r(x) r r x ... r x      i i ic( ) m( )g( ),i 1,2,...,2t     (3.8) với i là các nghiệm trong đa thức sinh. Ta có mối quan hệ: n 1 i i i i ij j j 0 r( ) c( ) e( ) e( ) e            Syndrome nhận đựơc là: 1 2 2tS (S ,S ,...,S ) với các giá trị: iiS r( )  3.3.5 Điều khiển công suất Thông thường, với hệ thống thông tin di động, điều khiển công suất bao gồm điều khiển công suất vòng hở và điều khiển công suất vòng kín nhằm thay đổi công suất phát của MS tương ứng với khoảng cách với BTS.  Điều khiển công suất vòng hở: BTS đo cường độ trường tại điểm thu, tính ra cự li, tính ra công suất phát phù hợp.  Điều khiển công suất vòng kín: MS đo cường độ trường,gửi lên BSC, BSC sẽ tính tóan cho MS tăng hay giảm công suất cho phù hợp Trong WiMAX dùng điều khiển công suất vòng kín, các thuật toán điều khiển công suất được sử dụng để cải tiến hiệu suất tổng thể của hệ thống, nó được thực hiện nhờ trạm gốc gửi thông tin điều khiển công suất tới từng CPE để ổn định mức công suất phát sao cho mức thu được tại trạm gốc luôn ở mức định trước. Trong một môi trường fading thay đổi không ngừng mức hiệu suất định trước này có nghĩa là CPE chỉ truyền đủ công suất theo yêu cầu, ngược lại mức công suất phát của CPE sẽ không phù hợp. Công suất phát sẽ làm giảm năng lượng tiêu thụ tổng của CPE và nhiễu tiềm ẩn từ các trạm gốc lân cận.Với LOS, công suất phát của CPE xấp xỉ tỉ lệ với khoảng cách của nó tới trạm gốc, với NLOS nó phụ thuộc rất nhiều vào khoảng trống và chướng ngại vật. 3.4 Dịch vụ quảng bá số mặt đất ISDB-T ( Integrated Services Digital Broadcasting – Terrestrial ) Ở Nhật, Hiệp hội công nghiệp và thương mại vô tuyến ARIB (Association of Radio Industries and Businesses) đã đưa ra tiêu chuẩn về dịch vụ quảng bá số mặt đất ISDB-T vào thánh 6 năm 2000. Bảng 2.5 biểu diễn 3 mode được định nghĩa trong ISDB-T cho truyền hình và bảng 2.6 cho truyền thanh. Dịch vụ này được đưa vào sử dụng thương mại vào năm 2003. So sánh bảng 2.3 (tiêu chuẩn truyền hình số mặt đất ở Châu Âu DVB-T) và bảng 2.5 (tiêu chuẩn truyền hình số mặt đất ở Nhật ISDB-T) : số lượng sóng mang phụ trong DVB-T hơi ít hơn ISDB-T so với băng thông lớn hơn. DVB-T chỉ sử dụng phương pháp điều chế kết hợp (coherent), còn ISDB-T không những sử dụng phương pháp điều chế kết hợp mà còn sử dụng phương pháp điều chế vi sai. Trong ISDB-T, băng thông sử dụng hẹp hơn và sử dụng những bộ tách vi sai được thiết kế cho thu di động bới vì chúng có thể chống lại tốt fading chọn lọc tần số với SNR thấp. Tóm lại, ISDB-T có khá nhiều điểm giống với DVB-T, cũng sử dụng kĩ thuật OFDM, ISDB-T thực chất là một biến thể của DVB-T. Mode truyền Mode 1 Mode 2 Mode 3 Băng thông (MHz) 5.575 5.573 5.572 Số sóng mang phụ 1405 2809 5617 Điều chế QPSK, 16QAM, 64QAM, DQPSK Khoảng kí tự có ích (ts) 252s 504s 1008s Khoảng cách sóng mang phụ (f) 3.968 kHz 1.984 kHz 0.992kHz Khoảng bảo vệ (TG) ts/4 (63s) ts/8 (31.5s) ts/16 (15.75s) ts/32 (7.875s) ts/4 (126s) ts/8 (63s) ts/16 (31.5s) ts/32 (15.75s) ts/4 (252s) ts/8 (126s) ts/16 (63s) ts/32 (31.5s) FEC (mã trong) Mã chập R = 1/2, 2/3, 3/4, 5/6, 7/8 FEC (mã ngoài) Mã Reed-Solomon (204,188) Interleaving(phân tán) Phân tán bit trong miền thời gian - tần số Tốc độ truyền 3.65 – 23.2 Mbps C/N 3.1 dB – 20.1 dB Bảng 3.4 : Các thông số của ISDB-T (truyền hình). Mode truyền Mode 1 Mode 2 Mode 3 Băng thông 429 kHz * 1.27 MHz** Số sóng mang phụ 109 * 325** 217* 649** 433* 1297** Điều chế QPSK, 16-QAM, 64-QAM, DQPSK Khoảng kí tự có ích(ts) 252s 504s 1008s Khoảng cách sóng mang phụ(f) 3.968 kHz 1.984 kHz 0.992kHz Khoảng bảo vệ(TG) Ts/4 (63s) ts/8 (31.5µs) ts/16 (15.75µs) ts/32 (7.875µs) ts/4 (126s) ts/8 (63µs) ts/16 (31.5µs) ts/32 (15.75µs) ts/4 (252s) ts/8 (126µs) ts/16(63µs) ts/32 (31.5µs) FEC(mã trong) Mã chập R = 1/2, 2/3, 3/4, 5/6, 7/8 FEC(mã ngoài) Mã Reed-Solomon (204,188) Interleaving(phân tán) Phân tán bit trong miền thời gian - tần số Tốc độ truyền 280.8 – 840 Kbps ( * 1-segment transmission, ** 3-segment transmission ). Bảng 3.5 : Các thông số ISDB-T (truyền thanh). 3.5 Hệ thống HiperLAN/2 (IEEE802.11a) Hệ thống HiperLAN/2 tương đương với tiêu chuẩn IEEE802.11a được thiết kế cho mạng máy tính không dây WLAN. Tốc độ truyền dẫn lớn nhất hệ thống có thể cung cấp được vào khoảng 54 Mbits/s tùy thuộc vào môi trường truyền dẫn. Bề rộng băng tần sử dụng là 20 MHz và được khai thác ở vùng tần số khoảng 5 GHz. Môi trường trường truyền dẫn là ở trong nhà và giữa các tòa nhà. Khoảng cách truyền dẫn tương đối nhỏ khoảng vài mét đến vài trăm mét. Các tham số cơ bản của hệ thống được liệt kê như sau: - Bề rộng băng tần B = 20 MHz - Độ dài FFT NFFT = 64 - Chu kỳ lấy mẫu ns B T 501  - Độ dài chuỗi bảo vệ TG = 0.4 s đối với môi trường truyền dẫn trong nhà và khoảng 0.8 s đối với môi trường truyền dẫn ngoài trời. 3.6 Thế hệ thông tin di động 4G So sánh với các thế hệ di động 2G, 3G thì 4G nổi trội hơn về băng tần (2- 8 GHz) và tốc độ dữ liệu trên 20 Mbps. Chuẩn 4G sử dụng phương pháp điều chế đa sóng mang, có 2 loại khác nhau của MCM dùng cho 4G là MC-CDMA và OFDM dùng TDMA. MC-CDMA là sự kết hợp của OFDM và CDMA, các user được ghép kênh với mã trực giao để phân biệt với nhau. Trong MC-CDMA, mỗi thuê bao có thể dùng vài mã, nơi dữ liệu được trải rộng trên miền thời gian hay miền tần số. Trong OFDM với TDMA, thuê bao dùng các khe thời gian để truyền tải dữ liệu. Sự khác nhau giữa hai phương pháp này có thể được nhận thấy trong phương pháp điều chế được sử dụng trên sóng mang phụ. MC-CDMA dùng QPSK, trong khi OFDM sử dụng TDMA có thể dùng phương pháp điều chế đa mức cao như M-QAM (M từ 4 tới 256). 3.7 Hệ thống DRM DRM phù hp cho vic truyn sóng khong cách ln. Môi trng truyn sóng ca h thng là kênh truyn đa đng có s tham gia phn x ca mt đt và tng đin li nh mô t hình 2.1. Phm vi ph sóng ca DRM do vy rt ln, có th là đa quc gia hoc liên lc đa. Do s dng k thut s và công ngh OFDM, cht lng tín hiu ca h thng DRM tng đi tt. Hình 3.32.: Môi trng truyn sóng ca h thng DRM Hình 2.2 mô t s đ khi ca h thng DRM, trong đó h thng có th truyn ti c d liu và âm thanh và các dch v khác. Vic s dng mã hóa kênh cho phép sa li phía thu. Các tham s c bn ca h thng : - B rng băng tn B = 9.328 kHz - Đ dài FFT NFFT = 256 - Đ dài chui bo v TG = 5.3 ms - S sóng mang s dng đ truyn tin NC = 198 Hình 3.33: S đ khi h thng DRM T mô hình kênh truyn dn ta thy kênh truyn dn có tr truyn dn ln, có nghĩa là kênh tng đi ph thuc vào tn s. Tn s Doppler tng đi nh so vi khong cách gia hai sóng mang. H thng DRM đc thit k ch cho các máy thu tĩnh hoc xách tay. Điu này khác hn so vi h thng DAB, h thng này đc thit k cho c các máy thu có tc đ chuyn đng tng đi ln nh ôtô, tàu ha, v.v… 3.7 Những ứng dụng khác 3.7.1 IEEE802.11g Chuẩn IEEE 802.11b có khả năng truyền dữ liệu với tốc độ 11 Mbps trong băng tần 2.4 GHz, được gọi là băng tần ISM thuộc lĩnh vực “công nghiệp, khoa học và y tế”. Để nâng cao tốc độ trong băng tần ISM này, năm 2002 IEEE đã đưa ra tiêu chuẩn IEEE 802.11g hỗ trợ truyền tốc độ lên tới 56 Mbps, và lớp vật lý của chuẩn này cũng tương tự như 802.11a. 3.7.2 IEEE 802.11h Ở Châu Âu, băng tần 5.15 – 5.35 GHz và 5.45 – 5.725 GHz được sử dụng cho HIPERLANs, một số băng tần yêu cầu cho việc truyền công suất điều khiển TCP (transmission power control) và sự chọn lựa tần số dynamic DFS (dynamic frequency selection) để tồn tại cùng với những hệ thống rada. Do đó, chuẩn IEEE 802.11a không thể áp dụng trực tiếp được. Để tạo ra hệ thống LAN không dân dựa trên IEEE 802.11a, IEEE 802.11 đã đưa ra một chuẩn mới gọi là IEEE 802.11h được áp dụng trong TCP và DFS. 3.7.3 IEEE 802.16a IEEE 802.16a là chuẩn được áp dụng cho những mạng lưới trong trung tâm MANs (metropolitan area network), chuẩn này sử dụng truy cập không dây băng thông rộng, được đưa ra để thay thế cho những hệ thống truy cập bằng dây như cable modem và đường thuê bao số (DSL). Tiêu chuẩn IEEE 802.16a hoàn thành vào cuối năm 2002, sử dụng băng tần 2 tới 11 GHz. IEEE 802.16a có 3 dạng đặc biệt sau :  WirelessMAN-SC2 : sử dụng phương pháp điều chế đơn sóng mang.  WirelessMAN-OFDM : sử dụng kỹ thuật OFDM có 256 sóng mang phụ, phương pháp truy cập TDMA.  WirelessMAN-OFDMA : sử dụng phương pháp truy cập OFDM (OFDMA) với 2048 sóng mang phụ. Hệ thống này thực hiện đa truy cập bằng cách dùng đa sóng mang phụ trên mỗi máy thu cá nhân. Hệ thống cũng sử dụng kiểu trải phổ nhảy tần để tránh giao thoa. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI Kỹ thuật ghép kênh phân chia theo tần số trực giao - OFDM là một kỹ thuật hiện đại cho truyền thông tương lai. Đây là kỹ thuật hết sức mới mẻ, việc nghiên cứu và ứng dụng OFDM đang trong giai đoạn khẩn trương. Trong đó, những vấn đề kỹ thuật là các đối tượng được quan tâm nghiên cứu nhiều nhất. Đồ án tốt nghiệp này chỉ tìm hiểu một số vấn đề kỹ thuật chính trong hệ thống OFDM, đó là: Ước lượng kênh, đồng bộ và ứng dụng của kỹ thuật OFDM trong truyền dẫn tín hiệu DVB-T. Vì khả năng chống hiệu ứng đa đường động rất tốt của hệ thống OFDM đã tạo cho nghành truyền hình có hai khả năng mới mà truyền hình tương tự 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 . 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 có sự quy 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 cùng một tần số và phát cùng một nội dung. Mỗi máy phát trong một mạng SFN sẽ tuân theo quy 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 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 phạm vi lớn có thể khai mạng dày đặc các máy phát hoạt động cùng tần số, trong khi tài nguyên tần số băng tần UHF/VHF ngày càng hạn hẹp thì triển khai SNF mang lại lợi ích vô cùng lớn. Từ việc tìm hiểu các các kĩ thuật trong hệ thống OFDM đã được trình bày trong các chương trước chúng ta có thể tiếp tục nghiên cứu các ứng dụng của OFDM mà hiện nay đang được nghiên cứu ứng dụng trong lĩnh vực thông tin vô 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 cá nhân tế bào dựa trên OFDM như OFDM-TDMA và MC- TDMA đang được xem xét như một thế hệ tiếp theo của hệ thống vô tuyến nhiều người sử dụng . TÀI LIỆU THAM KHẢO 1, Th.s Nguyễn Ngọc Tiến,” Một số vấn đề kỹ thuật trong OFDM”, Tạp chí Bưu Chính Viễn Thông & Công Nghệ Thông Tin , Kỳ 1(10/2003) 2, Quách Tuấn Ngọc ,”xử lý tín hiệu số “ , Nhà xuất bản giáo dục -1999. 3, Đặng Văn Chuyết & Nguyễn Tuấn Anh , “Cơ sở lý thuyết truyền tin-Tập hai “, Nhà xuất bản giáo dục-2000. 4, Th.s Nguyễn Hoàng Hải , Th.s Nguyễn Việt Anh , “ Lập trình Matlab và ứng dụng “ , Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật- Hà Nội 2006. 5, T.S Phạm Đắc Bi, K.S Lê Trọng Bằng , K.S Đỗ Anh Tú, ”Các đặc điểm cơ bản của máy phát số DVB-T”, Tạp chí Bưu Chính Viễn Thông & Công Nghệ Thông Tin, (8/2004). 6, Phan Hương , “ Công nghệ OFDM trong truyền dẫn vô tuyến băng rộng điểm-đa điểm tốc độ cao (54Mbit/s) “ , Tạp chí Bưu Chính Viễn Thông & Công Nghệ Thông Tin (13/03/2006). 7, Website: www.tailieu.vn