bài tập lớn ghép kênh số

1. PHƯƠNG PHÁP GHÉP
KÊNH PHÂN CHIA THEO
TẦN SỐ FDM VÀ OFDM
Bùi Thị Thu Thủy - 201414105
Nguyễn Thu Phương - 201405706

2. Báo cáo gồm 3 phần chính
GIỚI THIỆU VỀ GHÉP
KÊNH, SỰ CẦN THIẾT
TRONG KỸ THUẬT
GHÉP KÊNH
01.
TÌM HIỂU VỀ KỸ
THUẬT GHÉP KÊNH
THEO TẦN SỐ FDM
02.
> <
<
TÌM HIỂU VỀ KỸ THUẬT GHÉP
KÊNH PHÂN CHIA THEO TẦN
SỐ TRỰC GIAO OFDM
03.

3. I GHÉP KÊNH LÀ GÌ ?
TẠI SAO CẦN THIẾT
PHẢI GHÉP KÊNH ?

4. GHÉP KÊNH LÀ GÌ ?
Ghép kênh là quá trình ghép nhiều tín hiệu thành một tín hiệu để truyền đi xa nhằm tiết
kiệm tài nguyên truyền dẫn. Thiết bị thực hiện việc này gọi là bộ ghép kênh (MUX), ở đầu
thu, bộ tách kênh (DEMUX) thực hiện việc phân chia các kênh này ra và đưa chúng đến
đúng nơi nhận.
Hình bên biểu diễn mô hình một hệ thống ghép kênh đơn
giản. Trong mô hình này, bộ ghép kênh tiến hành ghép n
tín hiệu đầu vào độc lập vào chung một đường truyền vật
lý để truyền đi. Tại đầu còn lại của đường truyền, khối
tách kênh tiến hành tách n tín hiệu thu được từ đường
truyền chung thành n đường tín hiệu ra độc lập tương ứng
với các đầu vào. Như vậy một đường truyền chung đã
được sử dụng để truyền dẫn n tín hiệu hay còn gọi là n
kênh. Ghép kênh số là kỹ thuật ghép kênh mà tín hiệu đầu
vào khối ghép kênh và đầu ra khối tách kênh ở dạng số.
Nếu các tín hiệu ở dạng tương tự (ví dụ: tín hiệu thoại
nguyên thủy), chúng phải được số hóa trước khi tiến hành
ghép kênh.

5. TẠI SAO CẦN THIẾT PHẢI GHÉP KÊNH ?
Nếu không ghép
kênh thì có vấn đề
gì?
Nếu không thực hiện ghép kênh thì mỗi
một tín hiệu (ví dụ một kênh thoại) sẽ
được truyền trên một đường truyền vật
lý riêng lẻ và do đó chi phí truyền dẫn
cho từng tín hiệu sẽ tăng lên đồng thời
mạng lưới truyền dẫn sẽ trở nên phức
tạp và thiếu thẩm mỹ
Vậy nên, ghép kênh sẽ giúp tiết kiệm được chi phí thông qua
việc tiết kiệm đường truyền. Ngoài ra, nó còn làm cho hệ
thống truyền dẫn đơn giản hơn, mỹ quan hơn

6. II
Kỹ thuật ghép
kênh phân chia
theo tần số FDM

7. FDM
Giới thiệu về
kỹ thuật FDM
01.
Nguyên lý của hệ thống
FDM
02.
Phân cấp kỹ thuật FDM
theo AT&T và ITU-T
03.
Ưu điểm và hạn chế
của kỹ thuật FDM
04.
05.
Một số ứng dụng của
kỹ thuật FDM

8. 01
GIỚI THIỆU VỀ FDM

9. FDM LÀ GÌ ?
Ghép kênh phân chia theo tần số (FDM –
Frequency Division Multiplexing) là kỹ
thuật ghép kênh mà ở đó các tín hiệu ghép
chung được phân biệt với nhau bởi các tần
số khác nhau. Để có được điều này, mỗi
tín hiệu trước khi thực hiện ghép kênh sẽ
được điều chế với một tần số sóng mang
khác nhau. Các tầng số này tách rời nhau,
vì vậy các tín hiệu sẽ không bị chồng lấn
lên nhau.
Yêu cầu trong FDM là băng thông của môi trường truyền dẫn phải lớn hơn tổng băng thông yêu
cầu của từng kênh

10. 02
NGUYÊN LÝ CỦA HỆ
THỐNG FDM

11. NGUYÊN LÝ FDM
Sơ đồ nguyên lý của hệ thống FDM được biểu diễn ở hình
bên. Trong sơ đồ này, phía ghép kênh có n đầu vào. Mỗi
một đầu vào (ở đây giả sử là đầu vào thứ i) tương ứng với
một tín hiệu tương tự 𝑚𝑖(t) có độ rộng băng tần là 𝐵𝑖. Tín
hiệu 𝑚𝑖(t) được đưa tới bộ điều chế sóng mang có tần số
sóng mang là là 𝑓𝑖 để tạo thành tín hiệu 𝑠𝑖(t). Sau đó các tín
hiệu 𝑠𝑖(t) được ghép chung lại với nhau để tạo thành tín
hiệu điều chế băng tần gốc tổng hợp, 𝑚𝑏(t). Như vậy:
𝑚𝑏 𝑡 = 𝑖=1
𝑛
𝑠𝑖(𝑡)
𝑚𝑏(t) đã có thể được xem là tín hiệu ghép kênh phân chia
theo tần số. Phổ của tín hiệu 𝑚𝑏(t) được biểu diễn ở hình
bên. Thông thường, trước khi phát ra môi trường truyền
dẫn, có thể đưa tín hiệu 𝑚𝑏(t) qua một máy phát để trộn
nâng tần lên tần số 𝑓𝑐 mong muốn và tạo ra tín hiệu s(t). s(t)
cũng là tín hiệu FDM như 𝑚𝑏(t) nhưng nằm ở tần số cao
hơn.
Bộ ghép kênh FDM
Phổ của tín hiệu FDM
Tại đầu tách kênh, tín hiệu thu được từ đường
truyền là s(t) được đưa vào máy thu để tiến hành
trộn hạ tần nhằm loại bỏ thành phần tần số cao 𝑓𝑐
và cho ra tín hiệu 𝑚𝑏(t). Tín hiệu 𝑚𝑏(t) được chia
thành n đường song song và giống nhau. Mỗi đường
như vậy đưa đến một bộ lọc thông băng tương ứng.
Tần số trung tâm và băng thông của các bộ lọc này
lần lượt là 𝑓1, 𝑓2,…, 𝑓𝑛 và 𝐵1, 𝐵2,…, 𝐵𝑛. Tại bộ lọc
thứ i, chỉ có tín hiệu có tần số 𝑓𝑖 với băng thông
𝐵𝑖 được đi qua. Các tín hiệu khác đều bị chặn lại.
Do vậy, đầu ra của bộ lọc thứ i là các tín hiệu 𝑠𝑖(t).
Các bộ giải điều chế sẽ tiến hành loại bỏ các thành
phần sóng mang con của các tín hiệu 𝑠𝑖(t) và kết
quả là chúng ta thu được các tín hiệu mong muốn
𝑚𝑖(t).
Bộ tách kênh FDM

12. 03
PHÂN CẤP KỸ THUẬT
FDM THEO AT&T VÀ
ITU-T

13. 12 kênh thoại 4kHz, có băng thông là 48kHz,
dải tần từ 60kHz tới 108kHz
là FDM các tín hiệu của 10 siêu nhóm bao
gồm 600 kênh thoại
là FDM các tín hiệu của 5 nhóm bao gồm 60
kênh thoại, dải tần từ 420kHz tới 612 kHz
Nhóm cở sở
(Basic Group)
Nhóm chủ
(Master group)
Siêu nhóm
(Super group)
Phân cấp kỹ thuật FDM được chia
thành 3 nhóm

14. 04
ƯU ĐIỂM VÀ HẠN CHẾ
CỦA KỸ THUẬT FDM

15. Kỹ thuật FDM giúp
giảm chi phí so với
việc sử dụng nhiều
đường truyền riêng
biệt để truyền các tín
hiệu khác nhau
Giảm chi phí
Các thiết bị FDM như
các bộ khuếch đại, bộ
lọc và bộ ghép kênh
được thiết kế đơn giản,
dễ dàng triển khai và bảo
trì
Dễ triển khai
FDM cho phép truyền
nhiều tín hiệu khác
nhau trên cùng một
đường truyền, giúp tối
đa hóa khả năng sử
dụng tài nguyên băng
tần.
Tăng khả năng sử dụng
tài nguyên băng tần
ƯU ĐIỂM
HẠN CHẾ
Khả năng chống
nhiễu kém
Không sử dụng
toàn bộ băng
thông của một
kênh trong hệ
thống ghép kênh
phân chia theo
tần số
Cần có một số
lượng lớn các
bộ điều chế và
bộ lọc hệ thống
trong FDM
Có méo xuyên
điều chế xảy ra
trong FDM

16. 05
ỨNG DỤNG CỦA KỸ
THUẬT FDM

17. ỨNG DỤNG
FDM được sử
dụng trong các hệ
thống liên lạc điện
báo điều hòa và
trong hệ thống điện
thoại di động
FDM được sử
dụng trong Đài
phát thanh truyền
hình. Mỗi Đài phát
thanh có băng tần
của nó. Khi chúng
ta bật radio thì tín
hiệu từ tất cả các
đài phát thanh sẽ
đến trên đài của
chúng ta
FDM được sử
dụng trong các hệ
thống điều chế tần
số âm thanh nổi
hoặc hệ thống
truyền FM. FDM
cũng được sử
dụng trong điều
chế biên độ hoặc
hệ thống truyền
dẫn vô tuyến AM
Hệ thống ghép
kênh phân chia tần
số hoặc hệ thống
FDM được sử
dụng cho dữ liệu
đa phương tiện
như truyền video,
âm thanh, hình ảnh

18. III
Kỹ thuật ghép
kênh phân chia
theo tần số trực
giao OFDM

19. OFDM
Giới thiệu về kỹ
thuật OFDM
01.
Nguyên lý của hệ thống
OFDM
02.
Tính trực giao
(Orthogonal)
03.
Ưu điểm và hạn chế của
kỹ thuật OFDM
04.
05. Ứng dụng của OFDM

20. 01
GIỚI THIỆU VỀ OFDM

21. OFDM LÀ GÌ ?
Kỹ thuật OFDM là kỹ thuật ghép kênh phân chia theo tần số trực giao (Orthogonal Frequency Division
Multiplexing). Đó là sự kết hợp giữa mã hóa và ghép kênh. Thường thường nói tới ghép kênh người ta
thường nói tới những tín hiệu độc lập từ những nguồn độc lập được tổ chức lại. Trong đó OFDM, những
tín hiệu độc lập này là các sóng mang con. Đầu tiên tín hiệu sẽ chia thành các nguồn độc lập, mã hóa
và sau đó ghép kênh lại để tạo nên sóng mang OFDM.
OFDM là trường hợp đặc biệt của FDM (Frequency Division Multiplex). Ta có thể liên tưởng tới sự
vận chuyển hàng hóa bằng xe tải. Ta có hai phương án, dùng một chiếc xe tải lớn chở tất cả hàng
hóa (FDM) hoặc dùng một đoàn xe nhỏ (OFDM). Cả hai phương án đều chở cùng một loại hàng hóa
nhưng trong trường hợp nếu tai nạn xảy ra nếu ta dùng một đoàn xe nhỏ thì chỉ có ¼ hàng hóa bị
mất mát.
FDM trucking
company
OFDM Co

22. 02
NGUYÊN LÝ CỦA HỆ
THỐNG OFDM

23. NGUYÊN LÝ CỦA OFDM
Đầu tiên, dữ liệu vào tốc độ cao được chia thành nhiều dòng dữ liệu song song tốc độ thấp hơn nhờ bộ
chuyển đổi nối tiếp/song song (S/P: Serial/Parrallel). Mỗi dòng dữ liệu song song sau đó được mã hóa sử
dụng thuật toán sửa lỗi tiến (FEC) và được sắp xếp theo một trình tự hỗn hợp. Những symbol hỗn hợp
được đưa đến đầu vào của khối IDFT. Khối này sẽ tính toán các mẫu thời gian tương ứng với các kênh
nhánh trong miền tần số. Sau đó, khoảng bảo vệ được chèn vào để giảm nhiễu xuyên ký tự ISI, nhiễu
xuyên kênh (ICI) do truyền trên các kênh di động vô tuyến đa đường. Sau cùng bộ lọc phía phát định dạng
tín hiệu thời gian liên tục sẽ chuyển đổi lên tần số cao để truyền trên các kênh.
Sơ đồ hệ
thống OFDM
Trong quá trình truyền, trên các kênh sẽ có các nguồn nhiễu gây ảnh hưởng như nhiễu
Gausian trắng cộng AWGN (Additive White Gaussian Noise),…
Ở phía thu, tín hiệu được chuyển xuống tần số thấp và tín hiệu rời rạc đạt được tại bộ lọc thu.
Khoảng bảo vệ được loại bỏ và các mẫu được chuyển từ miền thời gian sang miền tần số bằng
phép biến đổi DFT dùng thuật toán FFT. Sau đó, tùy vào sơ đồ điều chế được sử dụng, sự dịch
chuyển về biên độ và pha của các sóng mang nhánh sẽ được cân bằng bằng bộ cân bằng kênh
(Channel Equlization). Các symbol hỗn hợp thu được sẽ được sắp xếp ngược trở lại và được giải
mã. Cuối cùng, chúng ta sẽ nhận lại được dòng dữ liệu nối tiếp ban đầu sau khi chuyển từ song
song về nối tiếp.

24. 03
ƯU ĐIỂM VÀ HẠN CHẾ
CỦA OFDM

25. ƯU ĐIỂM CỦA OFDM
OFDM loại trừ xuyên nhiễu symbol (ISI) và
xuyên nhiễu giữa các sóng mang (ICI) bằng
cách chèn thêm vào một khoảng thời bảo vệ
trước mỗi symbol
Sử dụng kỹ thuật DFT để bổ sung vào các
chức năng điều chế và giải quyết điều chế
làm giảm độ phức tạp của OFDM
Sử dụng việc chèn (Interleaving) kênh và mã
kênh thích hợp, hệ thống OFDM có thể khôi
phục lại được các symbol bị mất do hiện
tượng lựa chọn tần số của các kênh
OFDM tăng hiệu suất sử dụng phổ bằng
cách cho phép chồng lấp những sóng mang
con
HẠN CHẾ CỦA OFDM
Symbol OFDM bị nhiễu biên độ với một khoảng động rất lớn. Vì tất cả các hệ thống
thông tin thực tế đều bị giới hạn công suất, tỷ số PAPR (Peak-to-Average Power Ratio)
cao là một bất lợi nghiêm trọng của OFDM nếu dùng bộ khuếch đại công suất hoạt động
ở miền bão hòa để khuếch đại tín hiệu OFDM. Nếu tín hiệu OFDM có tỷ số PAPR lớn
thì sẽ gây nên nhiễu xuyên điều chế. Điều này cũng làm tăng độ phức tạp của các bộ
biến đổi analog sang digital và từ digital sang analog. Việc rút ngắn (clipping) tín hiệu
cũng sẽ làm xuất hiện cả méo nhiễu (distortion) trong băng lẫn bức xạ ngoài băng.
Sử dụng chuỗi bảo vệ tránh được nhiễu phân tập đa đường nhưng làm giảm đi
một phần hiệu suất sử dụng đường truyền, do bản thân chuỗi bảo vệ không
mang thông tin có ích.
OFDM nhạy với tần số offset và sự trượt của sóng mang hơn các hệ thống đơn sóng
mang. Vấn đề đồng bộ tần số trong các hệ thống OFDM phức tạp hơn hệ thống sóng
mang đơn. Tần số offset của sóng mang gây nhiễu cho các sóng mang trực giao và gây
nên nhiễu liên kênh làm giảm hoạt động của các bộ giải điều chế một cách trầm trọng.
Vì thế, đồng bộ tần số là một trong những nhiệm vụ thiết yếu cần phải đạt được trong bộ
thu OFDM.

26. 04
ỨNG DỤNG CỦA
OFDM

27. ỨNG DỤNG
Hệ thống truyền
hình số mặt đất
DVB – T (Digital
Video
Broadcasting For
Terrestrihal
Transmission).
Truy cập internet
băng thông rộng
ADSL
(Asymmetric
Digital Subscriber
Line)
Các chuẩn
IEEE 802.1,
IEEE 802.11g
Đặc biệt OFDM là
ứng cử viên triển
vọng nhất cho hệ
thống thông tin
4G (Hệ thống truy
nhập Internet
không dây băng
rộng theo tiêu
chuẩn Wimax).

28. BÀI THUYẾT TRÌNH
NHÓM EM ĐẾN ĐÂY LÀ
KẾT THÚC
THANK YOU FOR
LISTENING
GOOD BYE AND SEE
YOU SOON

29. HẠN CHẾ CỦA OFDM
Symbol OFDM bị nhiễu biên độ với một khoảng động rất lớn. Vì tất cả các hệ thống
thông tin thực tế đều bị giới hạn công suất, tỷ số PAPR (Peak-to-Average Power Ratio)
cao là một bất lợi nghiêm trọng của OFDM nếu dùng bộ khuếch đại công suất hoạt động
ở miền bão hòa để khuếch đại tín hiệu OFDM. Nếu tín hiệu OFDM có tỷ số PAPR lớn
thì sẽ gây nên nhiễu xuyên điều chế. Điều này cũng làm tăng độ phức tạp của các bộ
biến đổi analog sang digital và từ digital sang analog. Việc rút ngắn (clipping) tín hiệu
cũng sẽ làm xuất hiện cả méo nhiễu (distortion) trong băng lẫn bức xạ ngoài băng.
Sử dụng chuỗi bảo vệ tránh được nhiễu phân tập đa đường nhưng làm giảm đi
một phần hiệu suất sử dụng đường truyền, do bản thân chuỗi bảo vệ không
mang thông tin có ích.
OFDM nhạy với tần số offset và sự trượt của sóng mang hơn các hệ thống đơn sóng
mang. Vấn đề đồng bộ tần số trong các hệ thống OFDM phức tạp hơn hệ thống sóng
mang đơn. Tần số offset của sóng mang gây nhiễu cho các sóng mang trực giao và gây
nên nhiễu liên kênh làm giảm hoạt động của các bộ giải điều chế một cách trầm trọng.
Vì thế, đồng bộ tần số là một trong những nhiệm vụ thiết yếu cần phải đạt được trong bộ
thu OFDM.

30. Introduction
Ở phía thu, tín hiệu được chuyển xuống tần số thấp và tín hiệu rời rạc đạt được tại bộ
lọc thu. Khoảng bảo vệ được loại bỏ và các mẫu được chuyển từ miền thời gian sang
miền tần số bằng phép biến đổi DFT dùng thuật toán FFT. Sau đó, tùy vào sơ đồ điều
chế được sử dụng, sự dịch chuyển về biên độ và pha của các sóng mang nhánh sẽ
được cân bằng bằng bộ cân bằng kênh (Channel Equlization). Các symbol hỗn hợp
thu được sẽ được sắp xếp ngược trở lại và được giải mã. Cuối cùng, chúng ta sẽ nhận
lại được dòng dữ liệu nối tiếp ban đầu sau khi chuyển từ song song về nối tiếp.
Trong quá trình truyền, trên các kênh sẽ có các nguồn nhiễu gây ảnh hưởng như nhiễu
Gausian trắng cộng AWGN (Additive White Gaussian Noise),…