« Home « Kết quả tìm kiếm

Kỹ thuật đồng bộ trong truyền dẫn OFDM


Tóm tắt Xem thử

- Kỹ thuật đồng bộ trong truyền dẫn OFDM.
- khái niệm truyền sông sông, kênh con trực giao, điều chế miền tần số.
- cấu trúc tín hiệu OFDM.
- Tìm hiểu cơ sở kỹ thuật đồng bộ: phát hiện gói và xác định vùng quan tâm.
- ƣớc lƣợng độ lệch tần số sóng mang.
- sửa lỗi lệch tần số và khôi phục lại tín hiệu.
- đồng bộ tốc độ lấy mẫu.
- đồng bộ ký hiệu OFDM.
- Khâu đồng bộ trong một hệ thống truyền thông OFDM là một trong những nhiệm vụ vô cùng quan trọng để quyết định hiệu suất của cả hệ thống.
- Bên cạnh nhiều ƣu điểm, tiêu chuẩn cho kỹ thuật còn để ngỏ nhiều cách thực hiện ứng với mục tiêu áp dụng khác nhau.
- Dựa trên hệ thống FPGA có sẵn ở phòng thí nghiệm, luận văn thực hiện một sơ đồ thiết kế đơn giản tại phía thu..
- Giới thiệu tổng quan về hệ thống OFDM, nguyên lý kỹ thuật và cấu trúc tín hiệu của OFDM trong đó các thông tin phụ trợ trong cấu trúc tín hiệu nhƣ dãy PN bố trí ở đầu gói (header) và các pilot bố trí tại các vị trí xác định trong mỗi ký hiệu OFDM đƣợc thêm vào trƣớc tín hiệu phát đi dùng để đồng bộ.
- Qua đó thấy rõ đƣợc vai trò của đồng bộ trong hệ thống.
- Chƣơng II: CƠ SỞ KỸ THUẬT ĐỒNG BỘ.
- Giới thiệu, giải thích thuật toán đồng bộ thời gian dựa trên chuỗi PN.
- Trong đó, sẽ đi sâu tìm hiểu việc thêm PN, xác định một cách gần nhất điểm bắt đầu của ký hiệu symbol OFDM, tìm ra chính xác vị trí của mẫu đầu tiên của sync pilot..
- Đồng bộ tần số thực hiện sau khi đồng bộ thời gian, sử dụng ký tự PN, dùng tƣơng quan chéo và tự tƣơng quan để xác định vùng quan tâm.
- Từ đó thực hiện tƣơng quan chéo để xác định các giá trị lệch pha gây ra do mất đồng bộ tần số sóng mang bên phát và thu..
- Mặc dù đã đồng bộ tần số nhƣng vẫn có sƣ sai khác pha, giá trị pilot chèn giữa các ký hiệu OFDM dùng để xác định lệch pha, qua đó thực hiện hiệu chỉnh lại.
- Dựa trên hệ thống FPGA (Xilinx virtec-4) tích hợp tool trên phần mềm mô phỏng matlab, cùng với các kiến thức đã trình bày ở các chƣơng trên, luận văn đã xây dựng một bộ đồng bộ thời gian, tần số và hiệu chỉnh pha cho hệ thống OFDM cho kênh truyền đơn giản..
- Luận văn chọn kênh truyền đơn giản, cấu trúc tín hiệu đơn giản nhằm đạt đƣợc kết quả ban đầu về đồng bộ.
- Tuy nhiên đồng bộ trong OFDM vẫn là thách thức lớn khi Clock ở bên thu, bên phát độc lập và lệch nhau.
- Tất cả xử lý tín hiệu thực hiện từ tần số trung gian (IF) đến Baseband, nên khi chuyển sang tần sô cao RF chỉ là việc dịch tần.Sau khi biên dịch và nhúng vào chip FPGA đã cho kết quả ghi trong SDRAM bên phát và SDRAM bên thu giống nhau cho thấy thiết kế đồng bộ đã hoạt động tốt.
- CHƯƠNG I Một hệ thống truyền dẫn OFDM đƣợc mô tả trên hình 1..
- Tín hiệu OFDM đƣợc tạo ra ở băng cơ sở bằng cách lấy IFFT của các ký tự con điều chế QPSK tại phía phát .
- Việc chèn tiền tố lặp này đƣợc thực hiện bằng cách sao chép phần đầu của chính mỗi ký hiệu OFDM vào phần cuối của ký hiệu đó..
- Hiệu suất sử dụng phổ cao.
- Dễ thực hiện do sử dụng phép toán FFT.
- Nhạy với độ lệch tần số.
- Do nhƣợc điểm của OFDM là rất nhạy với độ lệch tần số, nên việc đồng bộ là một trong những vấn đề quan trọng nhất đối với một hệ thống OFDM..
- Có 3 thao tác đồng bộ phải thực hiện:.
- Đồng bộ tần số.
- Đồng bộ ký tự.
- Luận văn chọn phƣơng pháp đồng bộ theo gói trong đó gói đƣợc truyền đi chứa nhiều ký hiệu OFDM.
- Để đồng bộ cần có thông tin phụ trợ: Dãy PN bố trí ở đầu gói (header) và các pilot bố trí tại các vị trí xác định trong mỗi ký hiệu OFDM.
- PN (syn pilot) đƣợc thêm vào trƣớc tín hiệu phát đi..
- Đồng bộ ký tự đƣợc thực hiện theo 2 bƣớc, đồng bộ thời gian thô và đồng bộ thời gian tinh..
- Trong đồng bộ thời gian thô chúng ta xác định một cách gần nhất điểm bắt đầu của ký hiệu symbol..
- Nó thực hiện bằng cách sử dụng một cửa sổ tƣơng quan N mẫu với N mẫu tiếp theo đó.
- Trong vùng xác định, gọi là vùng quan tâm ROI, mà ở đó chứa mẫu đầu tiên của symbol OFDM đầu tiên, chúng ta thực hiện lọc phối hợp để tìm ra chính xác vị trí của mẫu đầu tiên của sync pilot.
- Bƣớc này đƣợc gọi là lọc phối hợp hoặc đồng bộ tinh.
- Cấu trúc bộ đồng bộ thời gian thô [1].
- Để thực hiện đồng bộ với cấu trúc tín hiệu đơn giản, ký tự sync pilot đƣợc phát đi 2 lần từ ăng ten phát.
- Nhƣ trên mô hình đồng bộ của chúng ta, chúng ta có nhiễu nhận đƣợc ở đầu thu trƣớc tin hiệu thực tế (sync pilots và các ky tự dữ liệu).
- Tín hiệu thu đƣợc bị ảnh hƣởng về biên độ và pha bởi kênh chọn lọc tần số.
- Tƣơng tự nhƣ kỹ thuật đồng bộ ký tự, để thực hiện đồng bộ tần số, có thể sử dụng tín hiệu pilot hoặc sử dụng tiền tố lặp.
- Trong kỹ thuật sử dụng tín hiệu pilot, một số sóng mang đƣợc sử dụng để.
- truyền những tín hiệu pilot (thƣờng là các chuỗi giả nhiễu).
- Sử dụng những ký tự đã biết trƣớc về pha và biên độ sẽ giúp ta ƣớc lƣợng đƣợc độ quay pha do lỗi tần số gây ra.
- Để tăng độ chính xác cho bộ ƣớc lƣợng, ngƣời ta sử dụng thêm các vòng khóa pha (Phase Lock Loop-PLL)..
- Do điều kiện đƣờng truyền cũng nhƣ sự sai khác của đồng hồ dao động phía phát và phía thu, gây ra khoảng lệch tần số sóng mang giữa phía phát và phía thu.
- Khoảng dịch tần số là vấn đề quan trọng trong hệ thống OFDM đa sóng mang so với hệ thống một sóng mang.
- Điều này không khả thi khi hệ thống OFDM sử dụng các bộ dao động tinh thể thạch anh chất lƣợng thấp mà không áp dụng bất kỳ kỹ thuật bù khoảng lệch tần số nào..
- Ƣớc lƣợng khoảng lệch tần số (CFO) sử dụng hai symbol dẫn đƣờng (pilot symbols) OFDM với ký tự thứ 2 bằng với ký tự thứ nhất dịch sang trái Tg (Tg là chiều dài tiền tố lặp CP) số các mẫu..
- Hai ký tự tạo ra một ký tự OFDM dài sử dụng trong 802.11a.
- Các ký tự tín hiệu ở khoảng cách thời gian T (là chiều dài ký tự FFT) thì giống nhau ngoại ngoại trừ thành phần pha: e j 2.
- f T c ) do khoảng lệch tần số..
- Phƣơng pháp ƣớc tính khoảng lệch tần số trong bài luận văn này sử dụng góc pha của các PN tự tƣơng quan chéo trễ cho việc tính toán và việc sửa lỗi của các ƣớc tính CFO thô và tinh tƣơng ứng..
- Dƣới ảnh hƣởng của môi trƣờng truyền dẫn mà bộ dao động bên phát và bên thu không thể thực hiện ở một tần số nhƣ nhau đƣợc, do vậy đồng bộ tần số ở đây phải ƣớc lƣợng đƣợc khoảng dịch tần số.
- Việc ƣớc lƣợng này sử dụng ƣớc lƣợng CFO thô và ƣớc lƣợng CFO tinh đƣợc tính toán dựa trên các mẫu CFO thô, để đi tới xác định dải Bit quan tâm.
- Góc lệch pha đƣợc tính toán bằng cách sử dụng thuật toán dịch CORDIC và đƣợc thực hiện bởi bộ Xilinx IP CORDIC v4.0 LogiCORE..
- Minh họa cấu trúc của bộ ước lượng lệch tần sóng mang.
- tỷ lệ với tần số offset (lệch tần) f, và thời gian sai khác ∆t giữa các mẫu, thì:.
- Do Ns = 24, phép chia trong công thức (11) đƣợc thực hiện nhƣ là dịch sang phải 4-bit của một mẫu..
- Do đó phép nhân trong công thức (11) đƣợc thực hiện lặp:.
- Việc thực hiện của bộ ƣớc lƣợng CFO và kiến trúc bộ sửa lỗi STS đƣợc minh họa ở hình vẽ tƣơng ứng ở trên.
- Góc trong phƣơng trình (9) đƣợc tính toán bằng cách sử dụng một thuật toán CORDIC phiên dịch và thực hiện bởi Xilinx IP CORDIC v4.0 LogiCORE.
- Nhu vậy, sau khi đƣa ra đƣợc lệch pha sóng mang, với thiết kế sơ đồ nhƣ trên hình 2, ta hiệu chỉnh pha để đƣa ra các mẫu chính xác, bằng cách sử dụng khối rotation CORDIC.
- Bộ CODIC sử dụng để tính toán giá trị khác pha.
- Thuật toán CORDIC phát lại tần số offset để bù trừ tần số bộ dao động cục bộ đầu vào là vector (x,y), thuật toán tìm kiếm để quay vector này sang trục x.
- Biến y tiếp tục giảm trong mỗi lần thực hiện.
- Số lần thực hiện N dựa trên bộ thực hiện..
- Bộ sửa lỗi sai pha tín hiệu để có các mẫu PN chính xác.
- Trong cấu trúc hệ thống OFDM, sau khi chuyển đổi từ nối tiếp sang song song, bộ Map (ví dụ QPSK) cho ra các ký hiệu QPSK I/Q (biên độ-pha của vector hoặc là các phần thực/ảo) tới khối IFFT, nhƣng trƣớc khi thực hiện IFFT thì khối tạo khung phải chèn các pilot ở các sóng mang khác nhau trong mỗi ký hiệu..
- Pilot đƣợc sử dụng để kiểm tra lỗi pha sau khi sửa lỗi tần số trong hệ thống truyền tin vô tuyến.
- Ngoài ra, kênh vô tuyến có hiệu ứng lớn về pha và tần số của tín hiệu vô tuyến và có thể thay đổi bởi một số giá trị, ảnh hƣởng tới quá trình giải điều chế.
- Tất cả điều này dẫn tới giảm SNR và một điều quan trọng nữa là nó có thể giảm vị trí của tần số của một số sóng mang con trong OFDM mà có thể gây ra mất tính trực giao giữa chúng và ký hiệu OFDM bị phá hủy.
- Do đó, ở đầu phát một ký hiệu đƣợc chèn vào giữa các sóng mang con để mang hiệu ứng kênh, và ở đầu thu, nó đƣợc giải điều chế và sau đó tất cả các hiệu ứng đƣợc tính toán và tín hiệu nhận đƣợc đƣợc sửa lỗi bởi khối lƣợng tính toán đó..
- Số pilot đƣợc sử dụng trong hệ thống OFDM phụ thuộc vào đặc điểm của kênh thông qua đó mà tín hiệu đƣợc gửi đi.
- Pilot trong cấu trúc sóng mang con OFDM.
- Giả sử khi tới phía thu, sau khi sửa độ lệch tần số sóng mang, pha của tín hiệu pilot bị lệch đi góc phi.
- Tín hiệu Pilot không còn đƣợc nhận đúng nữa mà lúc này giá trị trục Q không bằng 0, giá trị biên độ sẽ bị giảm trên trục I..
- Để xác định góc lệch ta sử dụng nguyên tắc thực hiện của bộ CORDIC.
- Khi tín hiệu pilot đến đầu thu, do bị lệch pha nên ta nhận đƣợc giá trị (I’, Q.
- Sau khi độ lệch pha đƣợc ƣớc tính dựa vào thành phần pilot, nó sẽ đƣợc sửa bằng cách nhân với exp trƣớc khi thực hiện demapping tại phía thu..
- Thực hiện các bƣớc thử từ mô hình OFDM đơn giản nhất (bƣớc thử 0) cho đến phức tạp hơn (thử 3) trên cơ sở đó xây dựng mô hình đồng bộ thời gian và đồng bộ tần số cho một hệ thống ghép kênh phân chia theo tần số trực giao..
- Tại nơi thu, tín hiệu luôn đảm bảo nhận đƣợc chính xác với tín hiệu đã phát đi.
- Đồng bộ thời gian ký hiệu: dƣới đây là sơ đồ biểu diễn đồng bộ thời gian ký hiệu, gồm có:.
- Tự tƣơng quan trễ - Công suất trung bình - Xác định vùng quan tâm.
- Xác định vị trí đạt giá trị lớn nhất.
- Đồng bộ tần số sóng mang gồm các bƣớc:.
- Ƣớc lƣợng tần số offset.
- Sửa lỗi tần số offset.
- Dựa trên sự biến đổi của pilot tại phía thu và phát, khối sửa lỗi pha sửa lại tín hiệu chính xác.
- Pilot sẽ đƣợc tách bỏ để đi vào khối P/S, tới bộ giải điều chế để trở lại tín hiệu luồng bit ban đầu.
- Bài luận văn có thể đƣợc sử dụng cho các nhà thiết kế sau này muốn thiết kế một bộ đồng bộ cho các giao thức điều chế OFDM.
- Bộ phát hiện gói sử dụng phƣơng pháp tự tƣơng quan trễ/công suất trung bình.
- Bộ đồng bộ thời gian thô đƣợc thực hiện bằng cách tìn ra một điểm dốc trong phép tính tự tƣơng quan trễ và cung cấp chỉ số mẫu mà ở đó có mẫu đầu tiên của symbol OFDM đầu tiên cho.
- bộ đồng bộ thời gian tinh.
- Bộ đồng bộ thời gian tinh sẽ thực hiện tƣơng quan chéo lƣợng tử và lựa chọn biên độ lớn nhất để xác định chỉ số mẫu tinh..
- Luận văn chọn kênh truyền đơn giản, Cấu trúc tín hiệu đơn giản nhằm đạt đƣợc kết quả ban đầu về đồng bộ