Kỹ thuật OFDM trong wimax

- Qua đó chúng ta có thể thấy được những ưu điểm của kỹ thuật này trong việc xử lý truyền nhận tín hiệu nói chung và ứng dụng trong công nghệ WiMAX nói riêng.
- Chương 5 sẽ trình bày chương trình mô phỏng quá trình xử lý tín hiệu trong WiMAX dựa trên kỹ thuật điều chế OFDM.
- Kỹ thuật OFDM trong WiMAX Trần Văn Thành CH2010A Trang v MỤC LỤC CHƯƠNG 1.
- TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT OFDM.
- 30 2.6.1 Sự suy giảm tín hiệu.
- KỸ THUẬT OFDM TRONG WIMAX.
- 43 Kỹ thuật OFDM trong WiMAX Trần Văn Thành CH2010A Trang vii CHƯƠNG 4.
- 65 Kỹ thuật OFDM trong WiMAX Trần Văn Thành CH2010A Trang viii 5.3.2.2 Khối mã hóa xoắn.
- 75 5.4.1 Sơ đồ chòm sao của tín hiệu sau khi điều chế ở bên phát.
- 75 5.4.2 Sơ đồ chòm sao của tín hiệu trước khi giải điều chế ở bên thu.
- 76 5.4.3 Phổ của tín hiệu trên anten phát thứ nhất và anten thứ hai.
- 77 5.4.4 Phổ của tín hiệu OFDM nhận về ở bên phía thu.
- 92 Kỹ thuật OFDM trong WiMAX Trần Văn Thành CH2010A Trang ix LIỆT KÊ HÌNH Hình 1.1: Mô hình hệ thống WiMAX.
- 6 Hình 1.4: Sự phản xạ các tín hiệu từ nơi phát đến nơi thu.
- 6 Hình 1.5: Mô hình các kỹ thuật điều chế.
- 23 Hình 2.7: Phổ của tín hiệu OFDM.
- 26 Hình 2.11: Bộ thu tín hiệu OFDM.
- 29 Hình 2.15: Tín hiệu đa đường.
- 39 Kỹ thuật OFDM trong WiMAX Trần Văn Thành CH2010A Trang x Hình 3.3: Cấu trúc sóng mang con.
- 40 Hình 3.6: Mẫu tín hiệu dẫn đường trong OFDMA.
- 74 Kỹ thuật OFDM trong WiMAX Trần Văn Thành CH2010A Trang xi Hình 5.19: Khối chọn kỹ thuật điều chế.
- 74 Hình 5.20: Sơ đồ chòm sao của tín hiệu phát.
- 75 Hình 5.21: Sơ đồ chòm sao của tín hiệu bên phía thu trước khi giải điều chế 76 Hình 5.22: Phổ tín hiệu OFDM trên anten phát thứ nhất.
- 77 Hình 5.23: Phổ tín hiệu OFDM trên anten phát thứ hai.
- 77 Hình 5.24: Phổ của tín hiệu OFDM nhận được bên phía thu.
- Băng tần sử dụng có thể ở tần số cao, khoảng 66GHz, vì ở tần số này ít bị giao thoa với các kênh tín hiệu khác và băng thông sử dụng lớn.
- Trong trường hợp truyền NLOS, hệ thống sử dụng băng tần thấp hơn 2GHz-11GHz, tương tự như WLAN, tín hiệu có thể vượt các vật chắn thông qua đường phản xạ, nhiễu xạ, tán xạ …để đến đích.
- Các tín hiệu nhận được ở phía thu bao gồm sự tổng hợp các thành phần nhận được từ đường đi trực tiếp, các đường phản Kỹ thuật OFDM trong WiMAX Chương 1 Tổng quan về công nghệ WiMAX Trần Văn Thành CH2010A Trang 6 xạ, năng lượng tán xạ và các thành phần nhiễu xạ.
- Hình 1.4: Sự phản xạ các tín hiệu từ nơi phát đến nơi thu.
- Hình 1.5: Mô hình các kỹ thuật điều chế.
- Kỹ thuật OFDM trong WiMAX Chương 1 Tổng quan về công nghệ WiMAX Trần Văn Thành CH2010A Trang 10  Lớp truyền dẫn.
- Ngẫu nhiên hoá để bảo đảm khôi phục tín hiệu phía đầu thu vì nếu tín hiệu không được mã hoá chuỗi giả ngẫu Kỹ thuật OFDM trong WiMAX Chương 1 Tổng quan về công nghệ WiMAX Trần Văn Thành CH2010A Trang 11 nhiên thì năng lượng sẽ tập trung tại một số tần số nào đó như phổ vạch, điều này tạo ra nguy hiểm cho máy thu, bộ dao động VCO của máy thu có thể khoá pha tại các tần số này thay vì nhận tần số sóng mang, điều này sẽ dẫn đến không giải điều chế được và sẽ mất thông tin của luồng dữ liệu.
- Mặc dù có cùng mục đích như nhau nhưng chúng ta thấy công nghệ sử dụng trong mạng WiMAX có một số ưu điểm so với WiFi: Kỹ thuật OFDM trong WiMAX Chương 1 Tổng quan về công nghệ WiMAX Trần Văn Thành CH2010A Trang 13  Sai số tín hiệu truyền nhận ít hơn.
- Kỹ thuật OFDM là một phương thức điều chế thích hợp cho các kênh truyền có đáp tuyến tần số không phẳng, kỹ thuật OFDM do R.W Chang phát minh năm 1966 ở Mỹ, trong đó các sóng mang phụ trực giao với nhau, nhờ vậy phổ tín hiệu ở các sóng mang phụ cho phép chồng lấn lên nhau mà phía thu vẫn có thể khôi phục lại tín hiệu ban đầu.
- Trong hệ thống FDM truyền thống, băng tần số của tổng tín hiệu được chia thành N kênh tần số con không trùng lắp.
- Trong hệ thống ghép kênh phân chia tần số thông thường, nhiều sóng mang được cách nhau bởi một khoảng bảo vệ để cho tín hiệu có thể thu được tại đầu thu bằng các bộ lọc và bộ giải điều chế thông thường.
- (2.2) Trước khi phát đi thì tín hiệu OFDM được chèn thêm chuỗi bảo vệ để chống nhiễu xuyên kí tự ISI.
- 2.3.2 Tính trực giao Các tín hiệu là trực giao nhau nếu chúng độc lập tuyến tính với nhau.
- Trực giao là một đặc tính giúp cho các tín hiệu đa thông tin được truyền một cách hoàn hảo trên cùng một kênh truyền thông thường và được tách am à không gây nhiễu Kỹ thuật OFDM trong WiMAX Chương 2 Tổng quan về kỹ thuật OFDM Trần Văn Thành CH2010A Trang 19 xuyên kênh.
- Trong hệ thống FDM thông thường, nhiều sóng mang được cách nhau một khoảng phù hợp để tín hiệu thu có thể nhận lại bằng cách sử dụng các bộ lọc và các bộ giải điều chế thông thường.
- Khoảng thời gian từ T1 đến T2 là chu kỳ của tín hiệu.
- Việc 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.
- Nguyên tắc của tính trực giao thường được sử dụng trong phạm vi xử lý tín hiệu số.
- 2.3.3 Tính trực giao trong miền tần số Một cách khác để xem tính trực giao của tín hiệu OFDM là xem phổ của nó.
- Để xem tính trực giao của những tín hiệu OFDM ta tiến hành phân tích phổ của hàm xxsin.
- Hình 2.5 mô tả phổ của một tín hiệu OFDM.
- Khi tín hiệu này được tách bằng cách sử dụng thuật toán DFT, phổ của chúng không liên tục như hình 2.5a, mà là những mẫu rời rạc.
- Phổ của tín hiệu lấy mẫu tại các giá trị “không” trong hình 2.5b.
- Phép biến đổi IDFT là quá trình ngược lại, thực hiện chuyển đổi phồ của tín hiệu X(k) thành tín hiệu x(n) trong miền thời gian.
- (2.10) Kỹ thuật OFDM trong WiMAX Chương 2 Tổng quan về kỹ thuật OFDM Trần Văn Thành CH2010A Trang 24 Phép biểu diễn tín hiệu OFDM ở phương trình (2.10) có dạng trùng với phép biến đổi IDFT phương trình (2.7).
- Hình 2.7: Phổ của tín hiệu OFDM.
- 2.3.5 Phép nhân với xung cơ bản Trong bất kỳ hệ thống truyền dẫn vô tuyến nào, tín hiệu trước khi được truyền đi đều nhân với xung cơ bản.
- Trong trường hợp bề rộng của phổ của tín hiệu phát lớn hơn bề rộng của kênh truyền cho phép thì tín hiệu phát này sẽ gây ra nhiễu xuyên kênh đối với các hệ thống khác.
- Trong hệ thống OFDM, tín hiệu trước khi phát đi được nhân với xung cơ bản là )('tS.
- Xung cơ bản có bề rộng đúng bằng bề rộng của một mẫu tín hiệu OFDM.
- Kỹ thuật OFDM trong WiMAX Chương 2 Tổng quan về kỹ thuật OFDM Trần Văn Thành CH2010A Trang 25 2.4 Tiền tố lặp CP (Cyclic Prefix) Tiền tố lặp CP là một kỹ thuật xử lý tín hiệu trong OFDM nhằm hạn chế đến mức thấp nhất ảnh hưởng của nhiễu xuyên kênh và nhiễu xuyên ký tự đến tín hiệu OFDM, đảm bảo yêu cầu về tính trực giao của các sóng mang phụ.
- Để thực hiện kỹ thuật này, trong quá trình xử lý tín hiệu, tín hiệu OFDM được lặp lại có chu kỳ và phần lặp lại ở phía trước mỗi ký tự OFDM được sử dụng như là một khoảng thời gian bảo vệ giữa các ký tự phát kề nhau.
- Giả thiết một mẫu tín hiệu OFDM có độ dài TS.
- Thời gian của tín hiệu có ích cũng chính là khoảng thời gian bộ IFFT/FFT phát đi một ký tự.
- Ở đây, giá Kỹ thuật OFDM trong WiMAX Chương 2 Tổng quan về kỹ thuật OFDM Trần Văn Thành CH2010A Trang 26 trị trải trễ cực đại là một thông số xuất hiện khi tín hiệu truyền trong không gian chịu ảnh hưởng của hiện tượng đa đường.
- h(τ,t) H(jω,t) u(t) m(t) Kỹ thuật OFDM trong WiMAX Chương 2 Tổng quan về kỹ thuật OFDM Trần Văn Thành CH2010A Trang 27 Trong miền thời gian, tín hiệu thu là tích chập của tín hiệu phát và đáp ứng xung của kênh: u(t.
- Tín hiệu đưa vào bộ giải điều chế là u(t).
- Với tín hiệu phát m(t) ở phương trình (2.1).
- Tách khoảng bảo vệ ở mỗi mẫu tín hiệu thu.
- Nhân với hàm số phức tnjne để dịch băng tần của tín hiệu ở mỗi sóng mang về băng tần gốc như trước khi điều chế.
- Chuyển đổi mẫu tín hiệu phức thành dòng dữ liệu bit.
- Hình 2.11: Bộ thu tín hiệu OFDM.
- Kỹ thuật OFDM trong WiMAX Chương 2 Tổng quan về kỹ thuật OFDM Trần Văn Thành CH2010A Trang Tách khoảng bảo vệ Tín hiệu u(t) được tách các khoảng bảo vệ nằm ở phần đầu của mỗi ký tự OFDM và tạo thành tín hiệu )('tu.
- auk hi tách chuỗi bảo vệ khỏi luồng tín hiệu u(t), luồng tín hiệu nhận được sẽ là: )()('tkTutkTus.
- n NFFT Mẫu tín hiệu sau khi giải điều chế lkd,^ được biểu diễn dưới dạng số: lkd.
- 2.6 Đặc tính kênh truyền vô tuyến trong hệ thống OFDM 2.6.1 Sự suy giảm tín hiệu Hình 2.14: Ảnh hưởng của môi trường vô tuyến.
- Kỹ thuật OFDM trong WiMAX Chương 2 Tổng quan về kỹ thuật OFDM Trần Văn Thành CH2010A Trang 30 Sự suy giảm tín hiệu là sự suy hao mức công suất tín hiệu trong quá trình truyền từ điểm này đến điểm khác.
- Hình 2.14 cho thấy một số nguyên nhân làm suy giảm tín hiệu.
- Bất kì một vật cản nào trên đường truyền đều cũng có thể làm suy giảm tín hiệu.
- 2.6.2 Hiệu ứng đa đường  Rayleigh fading Hình 2.15: Tín hiệu đa đường.
- Hình 2.15 chỉ ra một số trường hợp mà tín hiệu đa đường có thể xảy ra.
- Mức thay đổi của tín hiệu có thể thay đổi trong khoảng từ 10-30dB trên một khoảng cách ngắn.
- Phân bố Rayleigh được sử dụng để mô tả thời gian thống kê của công suất tín hiệu thu.
- Nó mô tả xác suất của mức tín hiệu thu được do fading.
- Bảng 2.1 chỉ ra xác suất của mức tín hiệu đối với phân bố Rayleigh.
- Sự phản xạ có thể dẫn đến hiện tượng đa đường và làm suy giảm công suất tín hiệu.
- Toàn bộ tín hiệu có thể bị mất trên đường truyền băng hẹp nếu không có đáp ứng tần số xảy ra trên kênh truyền.
- Truyền tín hiệu băng rộng hoặc sử dụng phương pháp trải phổ như CDMA nhằm giảm bớt suy hao.
- Tín hiệu ban đầu được trải trên băng thông rộng, không có phổ xảy ra tại tất cả tần số sóng mang.
- Điều này do tín hiệu đa đường bị trễ chồng lấn với ký hiệu theo sau, và nó có thể gây ra lỗi nghiêm trọng ở các hệ thống tốc độ bit cao, đặc biệt là khi sử dụng ghép kênh phân chia theo thời gian TDMA.
- Môi trường Trải trễ Chênh lệch quãng đường đi lớn nhất của tín hiệu Trong nhà 40ns-200ns 12m-60m Bên ngoài 1µs-20µs 300m-6km Kỹ thuật OFDM trong WiMAX Chương 2 Tổng quan về kỹ thuật OFDM Trần Văn Thành CH2010A Trang 33 Nhiễu ISI có thể được tối thiểu hóa bằng nhiều cách.
- (2.20) Trong đó flà khoảng thay đổi tần số của tần số tín hiệu tại máy thu.
- là tốc độ thay đổi khác nhau giữa tần số tín hiệu và máy phát.
- Nhiễu này làm giảm tỉ số tín hiệu trên nhiễu SNR, giảm hiệu quả sử dụng phổ của hệ thống.
- (2.25) Trong đó s(t) là tín hiệu đa sóng mang, T là chu kỳ của ký tự OFDM.
- Kỹ thuật OFDM trong WiMAX Chương 2 Tổng quan về kỹ thuật OFDM Trần Văn Thành CH2010A Trang 36 Hình 2.19: Sự xuất hiện đỉnh cao của sóng mang.
- Hệ thống điều chế pha M mức (M-PSK): do các ký tự trong không gian tín hiệu chỉ khác nhau về pha trong khi độ lớn bằng nhau nên PAPR=1.
- Ta có thể chia chúng ra làm 3 loại như sau : Thứ nhất là kỹ thuật làm méo tín hiệu.
- Vì vậy, máy thu phải ước lượng và hiệu chỉnh offset tần số sóng mang của tín hiệu thu được.
- Tỷ số công suất đỉnh trên công suất trung bình PAPR là lớn vì tín hiệu OFDM là tổng của N thành phần được điều chế bởi các tần số khác nhau.
- Tín hiệu này sẽ bị ảnh hưởng bởi fading và nhiễu trắng AWGN.
- Hình 3.6: Mẫu tín hiệu dẫn đường trong OFDMA Phía máy thu sẽ thực hiện ngược lại so với máy phát.
- 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.
- 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

Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn
hoặc xem Tóm tắt