OFDM và ứng dụng trong Wimax

- NGUYỄN TIẾN DŨNG ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG OFDM VÀ ỨNG DỤNG TRONG WIMAX LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC CHUYÊN NGÀNH: ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG KHOÁ 2008-2010 Hà Nội–2011 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI.
- NGUYỄN TIẾN DŨNG OFDM VÀ ỨNG DỤNG TRONG WIMAX LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Chuyên ngành: ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC : PGS.TS Nguyễn Quốc Trung Hà Nội– 2011 iMỤC LỤC MỤC LỤC.
- i DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CÁC TỪ VIẾT TẮT.
- 3 Chương 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ WiMAX.
- 3 1.2 Mô hình hệ thống.
- 4 1.3 Các ưu và nhược điểm của công nghệ WiMAX.
- 6 1.3.1 Một số ưu điểm chính của công nghệ WiMAX.
- 6 1.3.1.2 Hệ thống WiMAX có công suất cao.
- 8 1.3.2 Một số nhược điểm của công nghệ WiMAX.
- 13 1.6 Các dải tần áp dụng.
- 14 1.6.1 Các dải tần cấp phép 11-66 GHz.
- 14 1.6.2 Các dải tần cấp phép dưới 11 GHz.
- 14 1.6.3 Các dải tần được miễn cấp phép dưới 11 GHz (chủ yếu từ 5-6 GHz.
- 15 1.7.1 Các mạng riêng.
- 16 1.7.1.2 Các mạng giáo dục.
- 18 1.7.1.4 Các phương tiện liên lạc xa bờ.
- 19 1.7.2 Các mạng công cộng.
- 22 Chương 2: KỸ THUẬT ĐIỀU CHẾ OFDM.
- 24 2.1 Giới thiệu kỹ thuật điều chế OFDM.
- 26 2.1.3 Các ưu và nhược điểm của kĩ thuật OFDM.
- 26 2.2 Nguyên lý điều chế OFDM.
- 27 2.2.1 Sự trực giao của hai tín hiệu.
- 27 2.2.2 Sơ đồ điều chế.
- 28 ii2.2.3 Thực hiện bộ điều chế bằng thuật toán IFFT.
- 29 2.2.4 Chuỗi bảo vệ trong hệ thống OFDM.
- 32 2.3 Nguyên lý giải điều chế OFDM.
- 33 2.3.2 Nguyên tắc giải điều chế.
- 34 2.3.2.2 Thực hiện giải điều chế bằng thuật toán FFT.
- 35 2.4 Ứng dụng và hướng phát triển của kỹ thuật điều chế OFDM.
- 36 2.4.1 Hệ thống DRM.
- 37 2.4.2 Các hệ thống DVB.
- 39 Chương 3: KỸ THUẬT OFDM TRONG WIMAX.
- 44 3.1 Giới thiệu kỹ thuật OFDMA.
- 46 3.4 Hệ thống OFDMA.
- 51 3.4.2 Điều chế thích nghi.
- 52 3.4.3 Các kĩ thuật sửa lỗi.
- 59 Chương 4: CHƯƠNG TRÌNH MÔ PHỎNG HỆ THỐNG OFDM.
- 61 4.1 Mô phỏng hệ thống OFDM bằng simulink.
- 65 4.2.1 Lưu đồ mô phỏng kênh truyền.
- 65 4.2.2 Lưu đồ mô phỏng thu phát tín hiệu OFDM.
- 66 4.2.3 Lưu đồ mô phỏng thu phát tín hiệu QAM.
- 69 4.3 So sánh tín hiệu QAM và OFDM.
- 74 iiiDANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CÁC TỪ VIẾT TẮT ADSL Asymmetric Digital Subcriber Line AWGN Addictive White Gausse Noise BER Bit error Rate BCH Bose-Chaudhuri-Hocquenghem BPSK Binary phase shift keying BWA Broadband Wireless Access BS Base Station CIR Channel Impulse Response CTR Channel Transfer Function CP Cyclic Prefix CDMA Code Division Multiple Access DRM Digital Radio Mondiale DVB-H Digital Video Brocasting-Handheld DVB-T Digital Video Broadcasting-Terrestrial DSL Digital Subcriber Line FFT fast fourrier transform FDD Frequency Division Deplex GI Guard Interval ISI Inter symbol Interfearence ICI Inter Channel Interfearence IFFT Inverse fast fourrier transform LOS Line of sight LDPC Low-Density-Parity-Check MIMO Multiple Input Multiple Output NLOS Non line of sight iv`OFDM Orthogonal Frequency Division Multiplexing OFDMA Orthogonal Frequency Division Multiplexing Access QPSK Quadrature phase shift keying QAM Quadrature Amplitude Modulation QoS Quality of Service S-OFDMA Scalable Orthogonal Frequency Division Multiplex access SER Symbol Error Rate SC Single Carrier Tc Channel coherence time TDD Time Division Duplex WiMAX Worldwide Interoperability for Microwave Access WLAN Wireless Local Area Network WMAN Wireless Metropolitan Area Network BTS (Base Transceiver Station) vDANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1.1 Mô hình hệ thống WiMAX.
- Hình 1.2 Miền Fresnel trong trường hợp LOS.
- Hình 1.3 Truyền sóng trong trường hợp NLOS.
- Hình 1.5 Minh hoạ chuyển về nhà cung cấp dịch vụ.
- Hình 1.6 Minh hoạ về mạng giáo dục.
- Hình 1.7 Minh hoạ về mạng an ninh công cộng.
- Hình 1.8 Minh hoạ về mạng liên lạc xa bờ.
- Hình 1.9 Minh hoạ về mạng WiMAX của nhà cung cấp dịch vụ.
- Hình 1.10 Minh hoạ về mạng WiMAX cho kết nối ở vùng nông thôn.
- Hình 2.1: So sánh giữa FDMA và OFDM.
- Hình 2.4 Bộ điều chế OFDM.
- Hình 2.5 Chuỗi bảo vệ GI.
- Hình 2.6 Tác dụng của chuỗi bảo vệ.
- Hình 2.7 Xung cơ bản.
- Hình 2.8 Mô hình kênh truyền.
- Hình 2.9 Bộ thu tín hiệu OFDM.
- Hình 2.10 Tách chuỗi bảo vệ.
- Hình 2.11 Hệ thống DRM.
- Hình 2.12 Sơ đồ khối bộ DVB-T.
- Hình 3.1 ODFM và OFDMA.
- Hình 3.2 Ví dụ của biểu đồ tần số, thời gian với OFDMA.
- Hình 3.3 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.
- Hình 3.4 6 mẫu nhảy tần trực giao với 6 tần số nhảy khác nhau.
- Hình 3.5: Tổng quan hệ thống sử dụng OFDMA.
- Hình 3.6 Mẫu tín hiệu dẫn đường trong OFDMA.
- Hình 3.7 OFDMA downlink.
- Hình 3.8 Cấu trúc cụm trong OFDMA downlink.
- Hình 3.9 OFDMA uplink.
- Hình 3.10 Cấu trúc cụm trong OFDMA uplink.
- Hình 3.11 Chèn chuỗi dẫn đường trong miền tần số và thời gian.
- Hình 3.12 Điều chế thích nghi.
- Hình 3.13 Ví dụ về một ma trận mã LDPC.
- Hình 3.14 Sơ đồ tạo mã RS.
- Hình 3.15 Sơ đồ syndrome thu của RS.
- Hình 4.8 Lưu đồ mô phỏng kênh truyền.
- Hình 4.10 Lưu đồ mô phỏng thu.
- Xuất phát từ những vấn đề nêu trên, em đã lựa chọn đề tài “OFDM VÀ ỨNG DỤNG TRONG WIMAX”.
- Mục tiêu thứ hai: Tìm hiểu về kỹ thuật điều chế OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiple – Ghép kênh phân tần trực giao) và kỹ thuật OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access - Đa truy nhập phân tần trực giao) được sử dụng trong WiMAX Mục tiêu thứ ba: Thực hiện việc mô phỏng quá trình xử lý tín hiệu trong WiMAX dựa trên kỹ thuật OFDM Tóm tắt cô đọng các luận điểm cơ bản và đóng góp mới của tác giả Nội dung đồ án gồm 4 chương chính như sau : Chương 1: Tổng quan về công nghệ WiMAX Trong chương 1 này sẽ trình bày về những khái niệm cơ bản, về cấu trúc, các băng tần sử dụng, các ứng dụng thực tế và những ưu nhược điểm của công nghệ WiMAX.
- 2Chương 2: Kỹ thuật điều chế OFDM Trong chương 2 sẽ trình bày những khái niệm cơ bản, ưu nhược điểm, nguyên lý điều chế và giải điều chế của kỹ thuật điều chế OFDM, và những ứng dụng của kỹ thuật này.
- 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 4: Chương trình mô phỏng hệ thống OFDM Để hiểu hơn những vấn đề lý thuyết được trình bày trong những chương trước.
- Trong chương cuối cùng này, sẽ trình bày chương trình mô phỏng quá trình xử lý tín hiệu trong WiMAX dựa trên kỹ thuật điều chế OFDM.
- Đây là chương trình được viết bằng Matlab, chương trình bao gồm sơ đồ khối mô phỏng sự phát và thu OFDM, mô phỏng kênh truyền, tính BER so sánh tín hiệu OFDM và QAM, sơ đồ khối mô phỏng hệ thống OFDM bằng simulink của Matlab.
- Phương pháp nghiên cứu - Nghiên cứu công nghệ WIMAX.
- Nghiên cứu kỹ thuật điều chế OFDM trong WIMAX - Nghiên cứu kỹ thuật đa truy nhập phân tần trực giao OFDMA - Xây dựng hệ thống mô phỏng trên Matlab, đánh giá chất lượng của tín hiệu OFDM với các phương pháp điều chế khác.
- 3NỘI DUNG Chương 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ WiMAX  Giới thiệu chương: Trong chương 1 này sẽ tìm hiểu về những khái niệm cơ bản, về cấu trúc, các băng tần sử dụng trong hệ thống mạng WiMAX.
- Qua đó chúng ta có thể thấy được các ứng dụng thực tế và những ưu nhược điểm của công nghệ WiMAX so với các phương thức truyền thông khác.
- Các mạng WiMAX có thể được xây dựng dễ dàng trong một thời gian ngắn bằng cách triển khai một số lượng nhỏ các trạm gốc (BS) trên các toà nhà hoặc trên các cột điện để tạo ra những hệ thống truy nhập vô tuyến dung lượng lớn.
- Hệ thống WiMAX cho phép kết nối băng rộng vô tuyến cố định (người sử dụng có thể di chuyển nhưng cố định trong lúc kết nối), mang xách được (người sử dụng có thể di chuyển ở tốc độ đi bộ), di động với khả năng phủ sóng của một trạm anten phát 4lên đến 50km dưới các điều kiện tầm nhìn thẳng (LOS) và bán kính lên tới 8km không theo tầm nhìn thẳng (NLOS).
- 1.2 Mô hình hệ thống Mô hình phủ sóng mạng WiMAX tương tự như một mạng điện thoại di động : Hình 1.1 Mô hình hệ thống WiMAX Một hệ thống WiMAX được mô tả như hình gồm có 2 phần.
- 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.
- Hình 1.2 Miền Fresnel trong trường hợp LOS Trong trường hợp truyền NLOS, hệ thống sử dụng băng tần thấp hơn 2- 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.
- Hình 1.3 Truyền sóng trong trường hợp NLOS Hiện tượng truyền sóng đa đường cũng là nguyên nhân dẫn đến sự thay đổi phân cực tín hiệu.
- Nếu chỉ đơn thuần tăng công suất phát để “vượt qua” các chướng ngại vật không phải là công nghệ NLOS.
- 1.3.1.2 Hệ thống WiMAX có công suất cao Trong WiMAX hướng truyền tin chia thành hai đường : hướng lên( uplink) và hướng xuống (downlink), hướng lên có tần số thấp hơn hướng xuống và đều sử dụng kĩ thuật OFDM.
- WiMAX còn sử dụng thêm điều chế nhiều mức thích ứng từ BPSK, QPSK đến 256 - QAM kết hợp các phương pháp sửa lỗi như ngẫu nhiên hoá, mã hoá sửa lỗi Reed Solomon,mã xoắn tỉ lệ mã từ 1/2 đến 7/8, làm tăng độ tin cậy kết nối với hoạt động phân loại sóng mang và tăng công suất qua khoảng cách xa hơn.
- ví dụ một hệ thống WiMAX dùng biến đổi FFT lần lượt là: 128 bit, 512 bit, 1048 bit tương ứng với băng thông kênh truyền là: 1.25MHz, 5MHz, 10MHz.
- 81.3.1.4 Chuẩn cho truy cập vô tuyến cố định và di động tương lai • WiMAX do diễn đàn WiMAX đề xuất và phát triển dựa trên nền 802.16, tập chuẩn về hệ thống truy nhập vô tuyến băng rộng cho di động và cố định của IEEE, nên các sản phẩm, thiết bị phần cứng sẽ do diễn đàn WiMAX chứng nhận phù hợp, tương thích ngược với HiperLAN của ETSI cũng như Wi-Fi

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