Đồ án tốt nghiệp Đại học
TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH
KHOA CÔNG NGHỆ
ĐỒ ÁN
TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Đề tài:
TỔNG QUAN VỀ OFDM
Giảng viên hướng dẫn:
Sinh viên thực hiện :
Lớp
:
LÊ ĐÌNH CÔNG
TRẦN VĂN DŨNG
46K-ĐTVT
Vinh, tháng 5/2010
Trần Văn Dũng, Lớp 46K-ĐTVT
Đồ án tốt nghiệp Đại học
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
CỘNG HÒA XÃ HÔI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH
-----------------------------------------
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc
---------------------------------
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ và tên sinh viên: .…………….………….……..……...........................................
…………
Khoá:…………………….Khoa:
Công Nghệ
Ngành: Điện tử - Viễn thông
1. Đầu đề đồ án:
………………………………………………..
………………………………………………………………………...............
……………………………………………………………………………………………………………..
………....................
2. Các số liệu và dữ liệu ban đầu:
……………………………………..……………………………………………..……..
…………………………….................
……………………………………………………………………………………………………………………………….
…..………………………..
……………………………………………………………………………………................................
3. Nội dung các phần thuyết minh và tính toán:
………………………………………………………………………………………………………………..….
………………………………………………………………………………………………………………………………
……..….
………………………………………………………………………………………………………………………………
………..….……………………………………………………………………………………………
4. Các bản vẽ, đồ thị ( ghi rõ các loại và kích thước bản vẽ ):
………………………………………………………………………………………………………………………..….
…………………………………………………………………………………………………………………………..
……….
…………………………………………………………………………………………………………...................................
...............
5. Họ tên giảng viên hướng dẫn: ………………………………………………………..
……………………......
Trần Văn Dũng, Lớp 46K-ĐTVT
Đồ án tốt nghiệp Đại học
6. Ngày giao nhiệm vụ đồ
án: .................................................................................................
7. Ngày hoàn thành đồ án: ………………………………………………………………………..………................
Ngày
Chủ nhiệm Bộ môn
tháng
Giảng viên hướng dẫn
Sinh viên đã hoàn thành và nộp đồ án tốt nghiệp ngày
tháng
Cán bộ phản biện
Trần Văn Dũng, Lớp 46K-ĐTVT
năm
năm
Đồ án tốt nghiệp Đại học
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH
-----------------------------------
BẢN NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ và tên sinh viên:
....................................................................... .......................................................................
Ngành: .................................................................................................. Khoá:
......................................................................
Giảng viên hướng
dẫn:........................................................................................................................................................
Cán bộ phản
biện: .................................................................................................................................................................
1. Nội dung thiết kế tốt nghiệp:
...................................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................................
..........................................
2. Nhận xét của cán bộ phản biện:
...................................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................................
..................................................................................................................................................................................
Ngày
tháng
năm
Cán bộ phản biện
( Ký, ghi rõ họ và tên )
Trần Văn Dũng, Lớp 46K-ĐTVT
Đồ án tốt nghiệp Đại học
MỤC LỤC
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ OFDM…………………..… 1
1.1 Giới thiệu chương...……………………………………………………....…… 1
1.2 Khái niệm OFDM..……………………………………………......................... 1
1.3 So sánh FDM và OFDM ..…………………………………………………….. 2
1.4 Đơn sóng mang. ……………………………………………………..………. 3
1.5 Đa sóng mang. ……………………………………………………..………… 3
1.6 Tính trực giao. ……………………………………………………...………… 4
1.6.1 Tính trực giao trong miền tần số. .……...........…………………………….8
1.7 Cấu trúc OFDM. .……………………………………………….……………...8
1.8 Sơ đồ khối của OFDM.....…………………….…………………............…… 10
1.8.1 Bộ chuyển đổi nối tiếp song song............................................................ 11
1.8.2 Bộ điều chế sóng mang con....................................................................... 11
1.8.2.1 Mã hoá kênh.................................................................................... 11
1.8.2.2 Ánh xạ (mapping)........................................................................... 12
1.8.3 Ứng dụng kỹ thuật IFT/FFT trong OFDM…….....…...…...................... 13
1.8.4 Chèn khoảng bảo vệ…………...………........…….............................….. 14
1.8.5 Chèn từ đồng bộ khung …………..……….…………............................. 15
1.8.6 Điều chế sóng mang cao tần và khuếch đại công suất…….................…. 16
1.9 Các kỹ thuật điều chế trong OFDM……………….………….....................… 16
1.9.1
Điều chế BPSK……………………………………......................…. 16
1.9.2
Điều chế QPSK……………………………………......................…. 18
1.9.3
Điều chế QAM………………………….………................……...… 21
1.10 Các đặc tính của OFDM…………………........…….………......................... 22
Trần Văn Dũng, Lớp 46K-ĐTVT
Đồ án tốt nghiệp Đại học
1.10.1 Ưu điểm………………………………....……………........................ 22
1.10.2 Nhược điểm…………………………………..............................……. 23
1.11 Kết luận…………………………………….........……………...................... 24
CHƯƠNG 2: CÁC ĐẶC TÍNH CỦA KÊNH TRUYỀN VÔ TUYẾN ............. 25
2.1 Giới thiệu chương............................................................................................. 25
2.2 Đặc tính chung của kênh truyền tín hiệu OFDM.............................................. 25
2.3 Khái niệm kênh truyền dẫn phân tập đa đường................................................ 25
2.4 Trải trễ trong hiện tượng đa đường................................................................... 26
2.5 Các loại Fading .............................................................................................. 28
2.5.1 Fading Rayleigh ...................................................................................... 28
2.5.2 Fading lựa chọn tần số ........................................................................... 29
2.6 Hiệu ứng Doppler . .......................................................................................... 30
2.7 Kênh phụ thuộc thời gian ................................................................................ 30
2.8 Bề rộng độ ổn định về thời gian của kênh ..................................................... 31
2.9
Kênh truyền dẫn trong môi trường nhiễu trắng ............................................ 32
2.9.1 Khái niệm về nhiễu trắng ....................................................................... . 32
2.9.2 Các phép biểu diễn toán học của nhiễu trắng........................................... 33
2.9.3 Phổ công suất của nhiễu trắng có băng tần giới hạn ............................... 34
2.9.4 Ảnh hưởng của AWGN đến hệ thống OFDM........................................... 35
2.10 Nhiễu xuyên kí tự ISI .................................................................................... 36
2.11 Nhiễu ICI (Inter-carrier interference) ........................................................... 37
2.12 Tiền tố lặp CP .............................................. ................................................. 39
2.13
Khoảng bảo vệ ............................................................................................. 41
2.14
Dung lượng kênh vô tuyến ........................................................................... 43
2.14.1 Lý thuyết về dung lượng kênh số của Shannon..................................... 43
2.14.2 Thông lượng kênh tương tự có băng tần giới hạn.................................. 44
Trần Văn Dũng, Lớp 46K-ĐTVT
Đồ án tốt nghiệp Đại học
2.15 Kết luận chương ............................................................................................. 44
CHƯƠNG 3: ĐỒNG BỘ TRONG HỆ THỐNG OFDM .................................. 45
3.1 Giới thiệu chương ............................................................................................ 45
3.2 Tổng quan về đồng bộ trong hệ thống OFDM ................................................... 45
3.2.1 Nhận biết khung.........................................................................................46
3.2.2 Ước lượng khoảng dịch tần số...................................................................48
3.2.2.1 Ước lượng phần thập phân.......................................................... 48
3.2.2.2 Ước lượng phần nguyên.................................................................49
3.3 Các vấn đề đồng bộ trong hệ thống OFDM .................................................... 50
3.3.1 Đồng bộ tần số trong hệ thống OFDM…………………………….……51
3.3.1.1 Đồng bộ tần số lấy mẫu ………………………..……………….51
3.3.1.2 Đồng bộ tần số sóng mang…………………………..………….51
3.3.2 Đồng bộ ký tự trong hệ thống OFDM ……………..…………………. 52
3.3.2.1 Đồng bộ ký tự dựa trên ký hiệu pilot……….....………………53
3.3.2.2 Đồng bộ ký tự dựa vào CP……………….……...……………..54
3.3.2.3 Đồng bộ khung ký tự dựa trên mã đồng bộ khung………....……..55
3.3.3 Ảnh hưởng của sai lỗi đồng bộ đến chỉ tiêu chất lượng
của hệ thống OFDM ......................................................................... 57
3.4 Tỷ số công suất đỉnh trên công suất trung bình (PAPR …….…...…...……… 58
3.5 Kết luận chương….....……….…...………...................................…………… 59
CHƯƠNG 4: CHƯƠNG TRÌNH MÔ PHỎNG HỆ THỐNG OFDM……….. 60
4.1 Giới thiệu chương …....…………………………………........….…………… 60
4.2 Mô phỏng hệ thống OFDM bằng Simulink……………………....…………. 60
4.2.1 Giao diện chỉnh của chương trình mô phỏng………….......…….…........60
Trần Văn Dũng, Lớp 46K-ĐTVT
Đồ án tốt nghiệp Đại học
4.2.1.1 So sánh FFT của QAM với OFDM...............................................61
4.2.1.2 So sánh tín hiệu âm thanh của QAM với OFDM..........................66
4.2.2 Mô phỏng hệ thống OFDM.......................................................................66
4.3 Kết luận chương................................................................................................ 70
KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI …………………………...….71
TÀI LIỆU THAM KHẢO………........……………………………………………72
PHỤ LỤC…………………………....…………………………………………….73
BẢNG CÁC TỪ VIẾT TẮT
AM
Amplitude Modulation
Điều biến biên độ
AWGN
Additive White Gaussian Noise
Nhiễu Gauss trắng cộng
BER
Bit Error Rate
Tỷ lệ lỗi bit
Trần Văn Dũng, Lớp 46K-ĐTVT
Đồ án tốt nghiệp Đại học
BPSK
Binary Phase Shift Keying
Khóa dịch pha nhị phân
BS
Base Station
Trạm cơ sở
CDMA
Code Division Multiple Access
Đa truy nhập phân chia theo mã
CP
Cyclic Prefix
Tiền tố lặp
C/I Carrier to Interference Ratio
Tỷ số sóng mang trên nhiễu
DC
Direct Current (0 Hz)
Dòng điện một chiều
DFT
Discrete Fourier Transform
Biến đổi Fourier rời rạc
DS
Direct Sequence CDMA
CDMA chuỗi trực tiếp
DSP
Digital Signal Processor
Bộ xử lý tín hiệu số
DVB
Digital Video Broadcasting
Truyền hình quảng bá số
FDM
Frequency Division Multiplexing
Ghép kênh phân chia theo tần số
FEC
Forward Error Correcting
Sự sửa lỗi tiến
FFT
Fast Fourier Transform
Phép biển đổi Fourier nhanh
CDMA
FIR Finite
Impulse
Response
Đáp ứng xung hữu hạn
(digital filter)
FM
Frequency Modulation
Điều biến tần số
FOE
Frequency Offset Estimation
Ước lượng độ dịch tần số
FSC
Frame Synchronization Code
Mã đồng bộ khung
FSK
Frequency Shift Keying
Khóa dịch tần số
GI
Guard Interval
Dải bảo vệ
ICI
Inter Channel Interference
Nhiễu xuyên kênh
ISI
Inter Symbol Interference
Nhiễu xuyên ký tự
IDFT Inverse
Discrete
Fourier
Biển đổi Fourier rời rạc nghịch đảo
Transform
IEEE Institute
of
Electrical
and
Học Viện kỹ nghệ Điện và
Electronic Engneers
Điện Tử
Inverse FFT
Biến đổi Fourier nhanh thuận đảo
IFFT
OFDM Orthogonal Frequency Division Ghép kênh phân chia theo tần số trực
Multiplexing
P/S
Trần Văn Dũng, Lớp 46K-ĐTVT
giao
Parallel to Serial
Song song - nối tiếp
Đồ án tốt nghiệp Đại học
PAPR
Peak to Average Power Ratio Tỷ số công suất đỉnh trên công suất
trung bình
PM
Phase Modulation
Sự điều pha
PN
Pseudo Noise
Chuỗi giả ngẫu nhiên
PSK
Phase-Shift Keying
Khóa dịch pha
QAM
Quadrature Amplitude Modulation
Điều chế biên độ cầu phương
QPSK
Quadrature Phase-Shift Keying
Khóa dịch pha vuông góc
S/P
Serial to Parallel
Nối tiếp - Song song
SC
Single Carrier
Đơn sóng mang
SNR
Signal to Noise Ratio
Tỷ số tín hiệu trên nhiễu
Worldwide
Wimax
Interoperability
for Khả năng khai thác liên mạng trên
Microwave Access
toàn cầu đối với truy nhập vi ba
LỜI NÓI ĐẦU
&&&
Trong những năm gần đây, kỹ thuật thông tin vô tuyến đã có những bước tiến
triển vượt bậc. Sự phát triển nhanh chóng của video, thoại và thông tin dữ liệu trên
Internet, điện thoại di động có mặt ở khắp mọi nơi, cũng như nhu cầu về truyền
thông đa phương tiện di động đang ngày một phát triển . Việc nghiên cứu và phát
triển đang diễn ra trên toàn thế giới để đưa ra thế hệ kế tiếp của các hệ thống truyền
thông đa phương tiện băng rộng không dây và tạo nên “ làng thông tin toàn cầu “.
Sự hoạt động của các hệ thống vô tuyến tiên tiến này phụ thuộc rất nhiều vào
đặc tính của kênh thông tin vô tuyến như: fading lựa chọn tần số, độ rộng băng
thông bị giới hạn, điều kiện đường truyền thay đổi một cách nhanh chóng và tác
động qua lại của các tín hiệu.
Nếu chúng ta vẫn sử dụng hệ thống đơn sóng mang truyền thống cho những
dịch vụ này thì hệ thống thu phát sẽ có độ phức tạp cao hơn rất nhiều so với việc sử
Trần Văn Dũng, Lớp 46K-ĐTVT
Đồ án tốt nghiệp Đại học
dụng hệ thống đa sóng mang, ghép kênh phân chia theo tần số trực giao (OFDM) là
một trong những giải pháp đang được quan tâm để giải quyết vấn đề này. Việc
nghiên cứu kỹ thuật ghép kênh phân chia theo tần số trực giao (OFDM) được biết
đến từ những năm 70 của thế kỷ trước, với những ưu điểm chính như: cho phép
truyền dữ liệu tốc độ cao được truyền song song với tốc độ thấp trên các băng hẹp,
khả năng cho hiệu suất phổ cao, khả năng chống lại fading chọn lọc tần số, đơn giản
và hiệu quả trong điều chế và giải điều chế tín hiệu nhờ sử dụng thuật toán IFFT,
FFT. Chính vì thế, OFDM ngày càng được phát triển trong các dịch vụ viễn thông
tốc độ cao như Internet không dây, thông tin di động 4G, mạng LAN không dây,
được chọn làm chuẩn cho hệ thống phát thanh số. Do đó OFDM đang trở thành
công nghệ được chấp nhận một cách rộng rãi và các chuẩn truyền thông không dây
di động sẽ được sử dụng nhiều hơn trong tương lai.
Tuy nhiên OFDM cũng có những bất lợi so với hệ thống đơn sóng mang
như: nhạy với nhiễu pha và tần số offset, tỷ số công suất đỉnh trên công suất trung
bình cao sẽ giới hạn hiệu suất hoạt động của bộ khuếch đại RF và vấn đề đồng bộ
cũng phức tạp hơn hệ thống đơn sóng mang. Để có thể áp dụng kỹ thuật này cũng
cần phải giải quyết những vấn đề tồn tại của hệ thống này.
Nội dung của đồ án bao gồm 4 chương:
Chương 1:
GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ OFDM
Giới thiệu tổng quan về hệ thống OFDM và đề cập đến những ưu điểm và
nhược điểm của kỹ thuật OFDM.
Chương 2:
ẢNH HƯỞNG CỦA KÊNH VÔ TUYẾN
ĐẾN TRUYỀN DẪN TÍN HIỆU
Giới thiệu đặc điểm của kênh truyền như đa đường, fading lựa chọn tần số, dịch
Doppler, nhiễu AWGN...Các đặc tính này ảnh hưởng lên tín hiệu gây nhiễu ISI và
ICI trong hệ thống OFDM.
Chương 3:
ĐỒNG BỘ TRONG HỆ THỐNG OFDM
Trần Văn Dũng, Lớp 46K-ĐTVT
Đồ án tốt nghiệp Đại học
Tìm hiểu về các lỗi gây nên sự mất đồng bộ và một số phương pháp đồng bộ
trong hệ thống OFDM.
Chương 4:
CHƯƠNG TRÌNH MÔ PHỎNG TÍN HIỆU OFDM
Giới thiệu các thuật toán và mô phỏng tín hiệu OFDM bằng MATLAB.
Tuy đã có nhiều cố gắng nhưng vẫn còn nhiều thiếu sót cần bổ sung và phát
triển mong quý thầy cô và các bạn chỉ bảo thêm.
Em xin chân thành cảm ơn quý thầy cô trong KHOA CÔNG NGHỆ, đặc biệt
là thầy LÊ ĐÌNH CÔNG đã hướng dẫn em hoàn thành đồ án này.
Vinh, tháng 05 năm 2010
Sinh viên thực hiện
TRẦN VĂN DŨNG
Trần Văn Dũng, Lớp 46K-ĐTVT
Đồ án tốt nghiệp Đại học
CHƯƠNG 1
GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ OFDM
1.1 Giới thiệu chương
Trong những năm gần đây, ghép kênh phân chia theo tần số trực giao OFDM
(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) đã được đề xuất và chuẩn hoá cho
truyền thông tốc độ cao.Trong chương này sẽ lần lượt trình bày về các khái niệm cơ
bản trong OFDM, sự khác nhau giữa OFDM và FDM, tính trực giao, cấu trúc
OFDM, sơ đồ khối hệ thống OFDM, ưu nhược điểm của hệ thống OFDM, kỹ thuật
điều chế sử dụng trong OFDM…
1.2 Khái niệm OFDM
Kỹ thuật OFDM là kỹ thuật ghép kênh phân chia theo tần số trực giao
(Orthogonal Frequency Division Multiplexing). Đó là sự kết hợp giữa mã hoá và
ghép kênh. Thường thường nói tới ghép kênh người ta thường nói tới những tín hiệu
độc lập từ những nguồn độc lập được tổ hợp lại. Trong OFDM, những tín hiệu độc
lập này là các sóng mang con. Đầu tiên tín hiệu sẽ chia thành các nguồn độc lập, mã
hoá và sau đó ghép kênh lại để tao nên sóng mang OFDM.
OFDM là trường hợp đặc biệt của FDM (Frequency Divison Multiplex). Ta
có thề liên tưởng kênh truyền FDM giống như một dòng nước đang chảy, nước chảy
thành một dòng lớn; kênh truyền OFDM giống như nước chảy ở vòi sen, chia ra
thành từng dòng nước nhỏ. Ta có thể dùng tay để chặn dòng nước từ vòi nước thông
thường nhưng không thể làm tương tự với nước chảy ra ở vòi sen. Mặc dù cả hai kỹ
thuật cùng thực hiện chung một công việc nhưng mà lại có những phản ứng khác
nhau đối với nhiễu.
Ta cũng có thể liên tưởng tới sự vận chuyển hàng hoá bằng xe tải . Ta có hai
phương án, dùng một chiếc xe lớn chở tất cả hàng hoá (FDM) hoặc dùng một đoàn
xe nhỏ (OFDM). Cả hai phương án đều chở cùng một loại hàng hoá nhưng trong
trường hợp tai nạn xảy ra nếu ta dùng đoàn xe nhỏ thì chỉ có ¼ hàng hoá bị mất
mát.
1
Đồ án tốt nghiệp Đại học
Hình 1.1: Minh hoạ sự khác nhau của OFDM và FDM
1.3 So sánh FDM và OFDM
OFDM khác với FDM nhiều điểm. Tất cả các sóng mang thứ cấp trong tín
hiệu OFDM được đồng bộ thời gian và tần số với nhau, cho phép kiểm soát tốt can
nhiễu giữa các sóng mang với nhau. Các sóng mang này chồng lấp trong miền tần
số nhưng không gây can nhiễu giữa các sóng mang (ICI: inter-carrier interference)
do bản chất trực giao của điều chế. Với FDM, tín hiệu truyền cần có khoảng bảo vệ
tần số lớn giữa các kênh để đảm bảo không bị chồng phổ, vì vậy không có hiện
tượng giao thoa kí tự ISI giữa những sóng mang. Điều này làm giảm hiệu quả phổ.
Tuy nhiên với OFDM nhằm khắc phục hiệu quả phổ kém khi có khoảng bảo vệ
(guard period) bằng cách giảm khoảng cách các sóng mang và cho phép phổ của các
sóng mang cạnh nhau trùng lắp nhau. Sự trùng lắp này được phép nếu khoảng cách
giữa các sóng mang được chọn chính xác sao cho đỉnh của sóng mang này sẽ đi qua
điểm không của sóng mang kia tức là các sóng mang trực giao nhau để những tín
hiệu được khôi phục mà không giao thoa hay chồng phổ.
Hình 1.2 Kỹ thuật đa sóng mang chồng xung và không chồng xung.
2
Đồ án tốt nghiệp Đại học
Hình 1.3 Hình dạng phổ của tín hiệu OFDM băng tần cơ sở 5 sóng mang,
hiệu quả phổ tần của OFDM so với FDM
1.4 Đơn sóng mang (Single Carrier)
Hệ thống đơn sóng mang là một hệ thống có dữ liệu được điều chế và truyền
đi chỉ trên một sóng mang.
Hình 1.4: Truyền dẫn sóng mang đơn [9]
Hình 1.4 mô tả cấu trúc chung của một hệ thống truyền dẫn đơn sóng mang.
Các ký tự phát đi là các xung được định dạng bằng bộ lọc ở phía phát. Sau khi
3
Đồ án tốt nghiệp Đại học
truyền trên kênh đa đường. Ở phía thu, một bộ lọc phối hợp với kênh truyền được
sử dụng nhằm cực đại tỷ số tín hiệu trên nhiễu (SNR) ở thiết bị thu nhận dữ liệu.
Đối với hệ thống đơn sóng mang, việc loại bỏ nhiễu giao thoa bên thu cực kỳ phức
tạp. Đây chính là nguyên nhân để các hệ thống đa sóng mang chiếm ưu thế hơn các
hệ thống đơn sóng mang.
1.5 Đa sóng mang (Multi-Carrier)
Nếu truyền tín hiệu không phải bằng một sóng mang mà bằng nhiều sóng
mang, mỗi sóng mang tải một phần dữ liệu có ích và được trải đều trên cả băng
thông thì khi chịu ảnh hưởng xấu của đáp tuyến kênh sẽ chỉ có một phần dữ liệu có
ích bị mất, trên cơ sở dữ liệu mà các sóng mang khác mang tải có thể khôi phục dữ
liệu có ích.
Hình 1.5: Cấu trúc hệ thống truyền dẫn đa sóng mang [9]
1.6 Tính trực giao
Một tín hiệu được gọi là trực giao nếu nó có quan hệ độc lập với tín hiệu
khác. Tính trực giao là một đặc tính cho phép truyền một lúc nhiều thông tin trên
4
Đồ án tốt nghiệp Đại học
một kênh chung mà không gây ra nhiễu. Chính sự mất tính trực giao là nguyên nhân
gây ra sự suy giảm tín hiệu trong viễn thông .
OFDM đạt được sự trực giao bằng cách cấp phát cho mỗi nguồn thông tin
một số sóng mang nhất định khác nhau. Tín hiệu OFDM đạt được chính là tổng hợp
của tất cả các sóng sin này. Mỗi một sóng mang có một chu kỳ sao cho bằng một số
nguyên lần thời gian cần thiết để truyền một ký hiệu (symbol duration). Tức là để
truyền một ký hiệu chúng ta sẽ cần một số nguyên lần của chu kỳ. Hình 1.6 là
trường hợp của tín hiệu OFDM với 4 sóng mang phụ.
Hình 1.6: Cấu trúc của một tín hiệu OFDM
Các hình (1a), (2a), (3a), (4a) là miền thời gian của các sóng mang đơn tần với các
chỉ số 1, 2, 3, 4 là số chu kỳ trên mỗi ký hiệu. Các hình (1b), (2b), (3b), (4b) là
miền tần số nhờ sử dụng biến đổi Fourier nhanh của tín hiệu. Hình phía dưới cùng
là tín hiệu tổng hợp của 4 sóng mang phụ.
Tập hợp các hàm được gọi là trực giao nếu thoả mãn biểu thức (1.1)
T
S (t )S
i
0
j
C i j
(t )dt C * (i j )
0 i j
(1.1)
Những sóng mang này trực giao với nhau vì khi nhân dạng sóng của 2 sóng mang
bất kỳ và sau đó lấy tích phân trong khoang thời gian T sẽ có kết quả bằng không.
Việc xử lý (điều chế và giải điều chế) tín hiệu OFDM được thực hiện trong
miền tần số, bằng cách sử dụng các thuật toán xử lý tín hiệu số DSP (Digital Signal
5
Đồ án tốt nghiệp Đại học
Processing). Nguyên tắc của tính trực giao thường được sử dụng trong phạm vi
DSP. Trong toán học, số hạng trực giao có được từ việc nghiên cứu các vector. Theo
định nghĩa, hai vector được gọi là trực giao nhau với nhau khi chúng vuông góc với
nhau (tạo một góc 900) và tích của 2 vector là bằng 0.
Đầu tiên ta chú ý đến hàm số thông thường có giá trị trung bình bằng không.
Ví dụ giá trị trung bình của hàm sin dưới đây.
Nếu cộng bán kỳ dương và bán kỳ âm của dạng sóng sin như dưới đây ta sẽ
có kết quả bằng 0. Quá trình tích phân có thể được xem xét khi tìm ra diện tích dưới
dạng đường cong. Do đó diện tích của một sóng sin có thể được viết như sau:
Nếu chúng ta nhân và cộng (tích phân) hai dạng sóng sin có tần số khác nhau thì
quá trình này cũng bằng 0
6
Đồ án tốt nghiệp Đại học
Hình 1.7 Tích phân của hai sóng sin khác tần số
Điều này gọi là tính trực giao của dạng sóng sin. Nó cho thấy rằng miễn là hai
dạng sóng sin không cùng tần số, thì tích phân của chúng sẽ bằng không. Đây là điểm
mấu chốt để hiểu quá trình điều chế OFDM.
Nếu hai tích phân cùng tần số thì:
Hình 1.8 Tích phân của hai sóng sin cùng tần số
7
Đồ án tốt nghiệp Đại học
Nếu hai sóng sin có cùng tần số như nhau thì dạng sóng hợp thành luôn
dương, giá trị trung bình của nó luôn khác không. Điều này rất quan trọng trong quá
trình giải điều chế OFDM. Các máy thu OFDM biến đổi tín hiệu thu được từ miền
tần số nhờ dùng kỹ thuật xử lý tín hiệu số FFT.
Việc giải điều chế chặt chẽ được thực hiện kế tiếp trong miền tần số (digital
domain) bằng cách nhân một sóng mang được tạo ra trong máy thu đơn với một
sóng mang được tạo ra trong máy thu có cùng chính xác tần số và pha. Sau đó thực
hiện tích phân tất cả các sóng mang về không ngoại trừ sóng mang được nhân. Sau
đó dịch lên trục x, tiến hành tách ra hiệu quả, và xác định được giá trị symbol của
nó. Toàn bộ quá trình này được thực hiện nhanh chóng cho mỗi sóng mang, đến khi
tất cả các sóng mang được giải điều chế.
1.6.1 Tính trực giao trong miền tần số
Để xem tính trực giao của những tín hiệu OFDM ta tiến hành phân tích phổ
của hàm sin(x)/x .
Nhận thấy mỗi sóng mang gồm một đỉnh tại tần số trung tâm và một số điểm không
cách nhau bằng khoảng cách giữa các sóng mang. Hiện tượng trực giao được thể
hiện là đỉnh của mỗi sóng mang trùng với điểm không của các sóng mang khác về
mặt tần số.
Hình 1.9(a) Frequency (carrier spacing)
8
- Xem thêm -