Download miễn phí Đề tài Ứng dụng công nghệ OFDM trong truyền hình số
LỜI NÓI ĐẦU
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 được chọn làm tiêu chuẩn cho truyền hình số tại Việt Nam) là một trong những ứng dụng của công nghệ OFDM. Công nghệ này sử dụng 1705 sóng mang (ở chế độ 2K) hay 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 tuỳ môi trường có trễ dài hay ngắn.
Với khả năng chống hiệu ứng đa đường động rất tốt của OFDM đã tạo ngành 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.
Để hoàn thành được luận văn này , tui xin chân thành gửi lời Thank đến những người đã giúp tui trong quá trình thực hiện đề tài.
Do phạm vi đề tài rộng nên những gì tui thực hiện được qua luận văn này chưa cung cấp nhiều thông tin về các ứng dụng truyền 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. Hy vọng đây là những kinh nghiệm hữu ích cho tui sau này.
MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU1
Phần 1: Lý thuyết về công nghệ OFDM . 2
Chương I: Khái quát chung về hệ thống thông tin vô tuyến. 2
1. Lịch sử phát triển hệ thống CELLULAR2
1.1. Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 1 (1G). 2
1.2. Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 2 (2G). 2
1.3. Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 2.5 (2.5G). 4
1.4. Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3 (3G). 5
2. Cấu hình hệ thống CELLULAR5
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ TRUYỀN SÓNG7
2.1. Tần số và đặt tính sóng vô tuyến. 7
2.2. Phân loại truyền sóng. 7
2.2.1 Không gian tự do. 7
2.2.2. Vùng tối và Fading chậm8
2.2.3. Vùng fading Rayleigh. 8
Chương 3: Lịch sử phát triển của công nghệ OFDM . 9
3.1. Cuộc cách mạng của hệ thống thông tin. 9
3.2. Các công nghệ đa truy cập. 10
3.2.1. FDMA (Frequency Division Multiple Access). 10
3.2.2. TDMA (Time Division Multiple Access). 10
3.2.3. CDMA (Code division Multiple Access). 11
3.3. Sự phát triển của công nghệ CDMA11
Chương 4: Tổng quan về kỹ thuật điều chế OFDM . 14
A. Nguyên lý cơ bản của OFDM . 14
4.1. ĐA SÓNG MANG (MULTICARRIER). 15
4.2. SỰ TRỰC GIAO (ORTHOGONAL). 17
4.2.1. Mô tả toán học của OFDM . 21
4.2.2. Trực giao miền tần số. 24
4.3. Tạo và thu OFDM . 25
4.3.1. Nối tiếp - song song. 26
4.3.2. Điều chế tải phụ. 26
4.3.3. Điều chế RF. 27
4.3.4. Thuật ngữ nhiễu pha và các vấn đề liên quan để nó.27
4.4. Khoảng bảo vệ (GUARA PERIOD). 30
4.4.1. Bảo vệ chống lại OFFSET thời gian. 30
4.4.2. Bảo vệ chống lại ISI. 31
4.5. Giới hạn băng thông của OFDM và cửa sổ. 32
4.5.1. Lọc băng thông. 34
4.5.2. Độ phức tạp tính toán lọc băng thông FIR.38
4.5.3. ảnh hưởng của lọc băng thông tới chỉ tiêu kỹ thuật OFDM.39
4.6. Khoảng bảo vệ COSIN tăng RC (RAISED COSINE GUARD PERIOD). 40
4.7. Ảnh hưởng của nhiễu GAUSS trắng cộng AWGN (ADDITIVE WHITE GAUSIAN NOISE) đến OFEM.41
4.7.1. Các sơ đồ điều chế. 42
4.7.3. CÁC GIỚI HẠN ĐIỀU CHẾ CỦA HỆ THỐNG44
4.7.4. Mã Gray. 45
4.7.5. Điều chế kết hợp. 48
4.7.6. Điều chế pha vi sai49
4.7.7. Vi sai QAM . 50
4.8. Ảnh hưởng của méo tới OFDM . 56
4.8.1. Mô hình hoá méo. 58
4.8.2. Mở rộng phổ do cắt méo. 60
4.8.3. SNR hiệu dụng từ cắt méo. 61
4.9. Ảnh hưởng của lỗi đồng bộ thời gian. 62
4.10. Ảnh hưởng của lỗi đồng bộ tần số. 63
PhẦn 2: Ứng dỤng cỦa điỀu chẾ OFDM trong kỸ thuẬt viỄn thông66
I.1. Ghép kênh theo tần số trực giao OFDM . 66
5.1.1. Quảng bá Audio số DAB (DIGITAL AUDIO BROADCASTING)66
5.1.2. Quảng bá video số DVB (DIGITAL VIDEO BROADCASTING). 68
I.2. Tiêu chuẩn OFDM DVB-T70
I.3. Các bước chính thực hiện chuẩn này như sau. 74
I.3.1. Các hệ thống quảng bá truyền hình số. 74
I.3.2. Hệ thống quảng bá truyền hình số vệ tinh DVB - S . 75
I.3.3. Hệ thống quảng bá truyền hình số hữu tuyến DVB-C76
PhỤ lỤc78
Tài liệu tham khảo. 83
Để tải bản Đầy Đủ của tài liệu, xin Trả lời bài viết này, Mods sẽ gửi Link download cho bạn sớm nhất qua hòm tin nhắn.
Ai cần download tài liệu gì mà không tìm thấy ở đây, thì đăng yêu cầu down tại đây nhé:
Nhận download tài liệu miễn phí
Tóm tắt nội dung tài liệu:
ymbol tương ứng với log2 (M) với M là số các điểm trong chòm sao. Do vậy 256 - QAM truyền 8 bit trong một Symbol. Mỗi từ dữ liệu được ánh xạ vào một vị trí IQ duy nhất trong chòm sao. Vecto phức hợp thành I + JQ tương ứng với biên độ và pha argrument (I + JQ) với J = Việc tăng số điểm trong các chòm sao không thay đổi dải thông truyền, do vậy việc dùng sơ đồ điều chế với nhiều điểm trong chòm sao không thay đổi dãi thông truyền do vậy việc dùng sơ đồ điều chế với nhiều điểm chòm sao sẽ cho phép cải thiện hiệu quả phổ (hay hiệu suất băng thông). Ví dụ 256 _ QAM cho hiệu quả phổ (lý thuyết) là 8b/s/Hz của BPSK. Tuy nhiên số điểm trong giản đồ chòm sao càng lớn bao nhiêu thì việc giải quyết chúng ở máy thu càng khó bấy nhiêu. Đó là vì do các vị trí IQ được đặt càng gần nhau nên chỉ cần một giá trị nhỏ nhiễu là có thể gây ra lỗi truyền. Điều này dẫn đến sự dung hoà trực tiếp giữa dung sai nhiễu và hiệu quả phổ của sơ đồ điều chế , đã được tổng kết trong lý thuyết thông tin Shanon. Lý thuyết này phát biểu rằng thông tin cực đại của kênh C có băng thông W với công suất tín hiệu S bị xáo trộn bởi nhiễu trắng có công suất trung bình N thì được xác định theo công thức.(4.7.1a)
Hiệu quả của kênh là phép số bit được truyền trong một giây trong mỗi Hz băng thông. Do vậy hiệu quả SE được tính theo công thức:
(4.7.1b)
Ở đây cả tín hiệu nhiễu được tính trên thang tuyến tính, hiệu quả phổ được đo bằng b/s/Hz.
4.7.2. SO SÁNH TRUYỀN OFDM VỚI TRUYỀN SÓNG MANG ĐƠN
BER của hệ thống OFDM thì phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: Sơ đồ điều chế được sử dụng, giá trị multipath và mức nhiễu trong tín hiệu. Tuy nhiên nếu chúng ta xem xét chỉ tiêu kỹ thuật của OFDM với nhiễu Gauss trắng cộng với AWGN thì chỉ tiêu của OFDM chính xác giống như chỉ tiêu kỹ thuật của hệ thống truyền sóng mang đơn và sóng mang này được điều chế và giữ liệu truyền. Sau đó vecto được phát đi này đựơc cập nhập ở đầu của mỗi symbol đối với truyền thống mang đơn là rất cao. Trong khi đó đối với tín hiệu OFDM tốc độ này thấp hơn N lân với N là số tải phụ được sử dụng. Tốc độ Symbol thấp hơn này cũng làm ÍI thấp đi. Ngoài ra hệ thống OFDM còn dùng khoảng bảo vệ ở đầu mỗi Symbol . Khoảng bảo vệ này loại bỏ ÍI bấy kỳ thấp hơn chiều dài của nó. Nếu khoảng bảo vệ là đủ dài thì tất cả ISI có thể bị loại bỏ.
Truyền lan multipath dẫn đến fadinh chọn lọc tần số làm giảm các phụ tải riêng. Do vậy hầu hết các hệ thống OFDM dùng sửa lỗi tiến FCC để có thể khôi phục những tải phụ bị suy giảm nhiều. Trong khi chỉ tiêu kỹ thuật của truyền sóng mang đơn bị suy giảm nhanh khi có multipath.
4.7.3. CÁC GIỚI HẠN ĐIỀU CHẾ CỦA HỆ THỐNG
Hầu hết hệ thống thông tin di động hiện nay như GSM, IS - 95 và các hệ thống thế hệ thứ 3 chỉ dùng các sơ đồ điều chế có độ dung sai nhiễu cao như BPSK, QPSK hay tương đương, điều này dẫn đến hiệu quả phổ thấp nhưng hệ thống mạnh khoẻ. Các hệ thống này dùng các sơ đồ điều chế cố định do cần đạt SNR cao.
Tốc độ symbol của hệ thống sóng mang đơn phải cao nếu muốn có đựơc tốc độ bit cao. Kết quả là hệ thống, ví dụ GSM đòi hỏi cân bằng phức tạp (đến 4 chu kỳ symbol) để khắc phục truyên lan nhiều đường. Các hệ thống GSM được thiết kế để khắc phục độ trễ cực đại tới 15m, tương đương với độ trễ mẫu được thử nghiệm ở khoảng cách truyền từ 30 - 35km. Tốc độ symbol của GSM là 270KHz tương ứng với chu kỳ symbol 3.7, như vậy ISI được gây ra bởi multipath trải dài trên 4 chu kỳ symbol. Điều này có thể phá huỷ hoàn toàn thông tin truyền đi, nhưng nó được khôi phục trong thực tế nhờ dùng cân bằng thích nghi thức. Mặc dù điều này làm việc tốt cho các sơ đồ sử dụng cho các hệ thống GMSK (Gausian Minimum Shift Keying) như đã được sử dụng cho các hệ thống GSM, việc áp dụng nó thành công cho các sơ đồ điều chế cao hơn là khó khăn vì các lỗi sở tại trong cân bằng sẽ gây tỷ lệ lỗi cao.
Trong các hệ thống DS-CDMA vấn đề không bị giới hạn chủ yếu cho multipath, mà bởi can nhiễu giữa những người sử dụng. Các hệ thống DS-CDMA tận dụng một thực tế là bằng việc trải rộng thông tin của người dùng trên một băng thông rộng sẽ cho phép nhiều người sử dụng truyền tín hiệu ở cùng một tần số. Mỗi một trong các người sử dụng này trải rộng thông tin bằng một cách nhân nó với một dãy giả ngẫu nhiên tốc độ cao dau nhất PRS (Preudo Random Sequence). Ở máy thu tín hiệu từ mỗi người sử dụng được trích ra bằng cách nhân tín hiệu tới với cùng PRS giống hệt vậy và tích phân trên chu kỳ symbol thông tin. Tuy nhiên quá trình này là không trực giao trong kết nối ngược làm cho các người sử dụng xuất hiện như nhiễu đối với nhau. Thông lượng kênh của hệ thống là cực đại khi số người sử dụng là cực đại, dẫn đến mức nhiễu rất cao, điều này làm cho hệ thống mẫu cần hoạt động với tỷ số năng lượng trong môt jbit/nhiễu ERNR (Energy per Bit to Noise Ratio) là khoảng 5-8 dB sau giải điều chế có hiệu quả phổ cao vì SNR là quá thấp.
OFDM thì nó lại khác vì nó giảm thiểu cả hai ảnh hưởng này. Multipath bị giảm thiểu bằng cách dùng tốc độ symbol thấp và dùng khoảng bảo vệ. Cân bằng kênh có thể được thực hiện dễ dàng bằng cách dùng các symbol pilot hay các 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 hạơc 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 hiệu 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 đó 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... 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) hay 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 độ điều chế thấp để đảm bảo hệ thống hoạt động trong các điều kiện xấu nhất.
4.7.4. Mã Gray
Giản đồ IQ chơ 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 t...