Vo Thai An4

1 Đinh Tiên Quynh2

Nguyên Hưu Hiêu11

Nguyên Lâm Sơn3

Kỹ thuật OFDM được phát minh bởi R.W Chang năm 1966 ở Mỹ.

OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing ) là kĩ thuật ghép kênh phân chia theo tần số trực giao.

Là một kĩ thuật điều chế đa sóng mang, sử dụng các sóng mang con trực giao về tần số.

Sự chồng lấn phổ tín hiệu làm cho hệ thống OFDM có hiệu suất sử dụng phổ lớn hơn nhiều so với các kỹ thuật điều chế thông thường.

OFDM sử dụng phép biến đổi nhanh IFFT ở bộ phát và sử dụng phép biến đổi FFT ở bộ nhận .

Ngày nay OFDM không ngừng được nghiên cứu và mở rộng phạm vi ứng dụng. (như : DVB, wifi, wimax, hệ thông LTE….)

Ở đầu phát: Hệ thống OFDM sẻ phân chia dòng dữ liệu nối tiếp tốc độ cao thành N luồng dữ liệu song song tốc độ thấp(được mang trên các sóng mang con trực giao về tần số) thông qua bộ biến đổi S/P.

Tiếp đó tín hiệu được tổng hợp lại và đưa tới bộ biến đổi IFFT để chuyển đổi tín hiệu thành các mẩu rời rạc thời gian sau đó được chèn thêm khoảng bảo vệ và được truyền đi.

Sơ đồ bộ phát OFDM cơ bản

Ở đầu thu: Khoảng bảo vệ được loại bỏ. Tín hiệu được biến đổi ngược lại từ miền thời gian sang miền tần số thông qua bộ biến đổi FFT sau đó được loại bỏ pilot và được sắp xếp lại cuối cùng nhận được chuỗi dữ liệu ban đầu được truyền đi.

Sơ đồ bộ thu OFDM cơ bản

Phổ của các sóng mang con trực giao trong OFDM

CÁC KHÁI NIỆM LIÊN QUAN ĐẾN OFDM

Tính trực giao của song mang con

Phổ của sóng mang trong FDM

Phổ của các sóng mang con trực giao

Để chống nhiểu ISI trên kênh truyền các symbol OFDM được gắn thêm một khoảng bảo vệ (Cyclic Prefix) trước khi truyền đi.

Cyclic Prefix

CÁC KHÁI NIỆM LIÊN QUAN ĐẾN OFDM CÁC KHÁI NIỆM LIÊN QUAN ĐẾN OFDM

Sơ đồ tần số và thời gian của tin hiệu OFDM

• Đóng góp cơ bản cho sự phát triển của OFDM đó là việc ứng dụng biến đổi Fourier (FT) vào điều chế và giải điều chế tín hiệu. Kỹ thuật này phân chia tín hiệu ra thành từng khối N số phức. Sử dụng biến đổi Fourier ngược IFFT (Inverse Fast Fourier Transform) cho mỗi khối và truyền nối tiếp. Tại phía thu, bản tin gửi đi được phục hồi lại nhờ biến đổi Fourier FFT (Fast Fourier Transform) các khối tín hiệu lấy mẫu thu được .

• Kỹ thuật điều chế OFDM kết hợp với các phương pháp mă hóa và xáo trộn (interleaving) thích hợp cho phép truyền dữ liệu tốc độ cao qua kênh vô tuyến với độ tin cậy cao.

A.Điều chế QPSK:

Đây là một trong những phương pháp điều chế thông dụng nhất trong truyền dẫn.

Công thức cho sóng mang được điều chế PSK 4 mức như sau:

2

cos[2 ( ) ] 0( )

0 0;i

Et t t T

S t Tt t T

[2]

B. Điều chế QAM

-Điều biên cầu phương QAM (Quadrature Amplitude Modulation: Điều chế biên độ vuông góc) sóng mang được điều chế cả biên độ lẫn pha

-Điều chế QAM có ưu điểm là tăng dung lượng đường truyền dẫn số.

Data Source

Channel

OFDMDemodulation

IQDemapperData sink

SignalOFDM

IQ Mapper OFDMModulation

SignalOFDM

Sơ đồ khối hệ thống OFDM

PHÂN MÔ PHONG

Sơ đồ hệ thống sử dụng OFDM qua kênh AWGN

Mô phỏng trên Matlab/Similink

Phổ tín hiệu OFDM

Phổ của tín hiệu OFDM trên Matlab

Sự suy giảm tín hiệu

-Là sự suy hao mức công suất tín hiệu trong quá trình truyền từ điểm này sang điểm khác

-Điều này là do các đường truyền tải,do các tòa nhà cao tầng và hiệu ứng đa đường,các vật cản làm suy giảm tín hiệu

ẢNH HƯỞNG CỦA MÔI TRƯỜNG VÔ TUYẾN

Hiệu ứng đa đường(mutil patch)

-Rayleigh fading:tín hiệu trong quá trình truyền đi có thể bị phản xa bởi các vật cản như đồi,nhà cửa,xe cộ…gây ra nhiều đường tín hiệu đến máy thu,các tín hiệu bị lệch pha nhau ,biên độ tín hiệu suy giảm

-Fading lựa chọn tần số:trên kênh truyền vô tuyến đáp ứng phổ không bằng phẳng do có sóng phản xạ đến đầu vào máy thu làm xuất hiện hiện tượng đa đường

-Trải trễ(Delay Spread):là hiện tượng tín hiệu phản xạ đến máy thu chậm hơn tín hiệu trực tiếp do chiều dài truyền lớn hơn.Là khoảng thời gian trễ giữa tín hiệu đi thẳng và tín hiệu phản xạ cuối cùng đến máy thu

TÍN HIỆU ĐA ĐƯỜNGTÍN HIỆU ĐA ĐƯỜNG

Dịch doppler

-Là sự thay đổi của f theo hướng di chuyển của tín hiệu phát và tín hiệu thu

-Hiệu ứng doppler được tín theo công thức:

CÁC LOẠI NHIỄU ẢNH HƯỞNGA.Nhiễu trắng(AWGN)

-Nhiễu tồn tại trong tất cả các hệ thống truyền dẫn. Các nguồn nhiễu chủ yếu là nhiễu nền nhiệt, nhiễu điện từ các bộ khuếch đại bên thu, và nhiễu liên ô

-Nhiễu này làm giảm tỉ số tín hiệu trên nhiễu SNR, giảm hiệu quả phổ của hệ thống.

Nhiễu nhiệt (sinh ra do sự chuyển động nhiệt của các hạt tải điện gây ra) là loại nhiễu tiêu biểu cho nhiễu Gaussian trắng cộng tác động đến kênh truyền dẫn.

CÁC LOẠI NHIỄU ẢNH HƯỞNG

B. Nhiễu liên ký tự ISI

-Nhiễu ISI và ICI là hai loại nhiễu thường gặp nhất do ảnh hưởng của kênh truyền ngoài nhiễu Gaussian trắng cộng

-Sinh ra do hiện tượng tải trễ đa đường

-.Trong hệ thống OFDM, để giảm được nhiễu ISI, phương pháp đơn giản và thông dụng nhất là đưa vào tiền tố lặp CP.

CÁC LOẠI NHIỄU ẢNH HƯỞNG

C. Nhiễu liên sóng mang ICI

-ICI xảy ra khi kênh đa đường thay đổi trên thời gian ký tự OFDM

-. ICI cũng xảy ra khi một ký tự OFDM bị nhiễu ISI. Sự lệch tần số sóng mang của máy phát và máy thu cũng gây ra nhiễu ICI trong hệ thống OFDM.

Các sóng mang phụ vẫn trực giao nhau

f fn-1 fn fn+

1

A(f)

Δf

δf=0

f

A(f)

fn-1+ δf fn+ δf +

fn+1+ δf Δf

δf ≠ 0

Các sóng mang phụ bị dịch tần số gây ra nhiễu

liên sóng mang ICI

Lỗi dịch tần số gây nhiễu ICI trong hệ thống OFDM

OFDM tăng hiệu suất sử dụng băng thông bằng cách cho phép chồng lấp những sóng mang con.

OFDM chịu đựng fading lựa chọn tần số tốt hơn những hệ thống sóng mang đơn.

Hạn chế được xuyên nhiễu giữa các sóng mang (ICI) và giao thoa giữa các ký hiệu (ISI) nhờ khoảng CP .

Sự phức tạp của máy phát và máy thu giảm đáng kể nhờ sử dụng FFT và IFFT.

Có thể truyền dữ liệu tốc độ cao.

Nhạy với offset tần số. Ví dụ như hiệu ứng dịch tần dopler.

Hệ thống đồng bộ tần số trong OFDM phức tạp hơn nhiều so với hệ thống khác.

Tại máy thu, sẽ rất khó khăn trong việc quyết định vị trí định thời tối ưu để giảm ảnh hưởng của ICI và ISI.

Tỷ số công suất đỉnh trên công suất trung bình PAPR (Peak to Average Power Ratio) lớn.

- Phát quảng ba số: Phát thanh sô (DAB), Truyềnhìnhsô (DVB)

- Thông tin Hữu tuyến: ADSL, HDSL

- Thông tin Vô tuyến: WLAN: 802.11a/g/n (Wifi), WMAN: 802.16 (Wimax), di động 4G (LTE).