1. Mô phỏng quá trình điều chế OFDM (Matlab/Simulink):
- 1 -
Lời Mở Đầu
OFDM là nằm trong một lớp các kỹ thuật điều chế đa sóng mang (MCM) trong thông tin
vô tuyến. Còn trong các hệ thống thông tin hữu tuyến chẳng hạn như trong hệ thống
ASDL, các kỹ thuật này thường được nhắc đến dưới cái tên: đa tần (DMT). Kỹ thuật
OFDM lần đầu tiên được giới thiệu trong bài báo của R. W. Chang năm 1966 về vấn đề
tổng hợp các tín hiệu có dải tần hạn chế khi thực hiện truyền tín hiệu qua nhiều kênh con.
Tuy nhiên, cho tới gần đây, kỹ thuật OFDM mới được quan tầm nhờ có những tiến bộ
vượt bậc trong lĩnh vực xử lý tín hiệu và vi điện tử.
Hiện nay, kỹ thuật ghép kênh phân chia theo tần số trực giao (OFDM) được dùng làm
chuẩn trong các hệ thống phát thanh số ở châu Âu. Kỹ thuật này đang được đề nghị đưa
vào ứng dụng ở Mỹ cũng như nghiên cứu để phát triển trong lĩnh vực truyền hình số.
Bản báo cáo này sẽ giới thiệu về nguyên lý, mô hình toán học và những đặc điểm cơ bản
trong kỹ thuật OFDM và cách mô phỏng phương pháp điều chế OFDM sử dụng matlab.
2. Mô phỏng quá trình điều chế OFDM (Matlab/Simulink):
- 2 -
Mục lục:
I. Giới thiệu về OFDM………………………..……………………..02
1. Lịch sử phát triển…………………………………………………… 02
2. Tổng quát về OFDM…………………………………………………. 02
2.1 Từ điều chế đơn sóng mang đến điều chế trực giao OFDM……… 03
a.PP điều chế đơn sóng mang……………………………………….03
b.PP điều chế đa sóng mang……………………………………… 05
c. Phương pháp điều chế đa sóng mang trực giao OFDM………… 07
3. Một số ứng dụng của công nghệ OFDM…………………………… 16
II Mô phỏng hệ thống điều chế OFDM…………………………….17
1. Sử dụng matlab……………………………………………………….17
1.1 Code……………………………………………………………… 17
1.2 Kết quả mô phỏng………………………………………………… .20
2. Sử dụng simulink…………………………………………………… 11
2.1 Sơ đồ khối………………………………………………………… 21
2.2 Kết quả mô phỏng………………………………………………… 23
III. Kết luận……………………………………………………………..26
IV Công việc của các thành viên………………………..………..…...26
3. Mô phỏng quá trình điều chế OFDM (Matlab/Simulink):
- 3 -
I.Giới thiệu về OFDM:
1. Lịch sử phát triển
Trong những năm gần đây, Phương thức ghép kênh phân chia theo tần số trực
giao OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) không ngừng được nghiên cứu
và mở rộng phạm vi ứng dụng bởi những ưu điểm của nó trong tiết kiệm băng tần và khả
năng chống lại Fading chọn lọc theo tần số cũng như xuyên nhiễu băng hẹp.
Kỹ thuật điều chế OFDM là một trường hợp đặc biệt của phuơng pháp điều chế
đa sóng mang trong đó các sóng mang phụ trực giao với nhau, nhờ vậy phổ tín hiệu ở các
sóng mang phụ cho phếp chồng lấn lên nhau mà phía thu vẫn có thể khôi phục lại tín hiệu
ban đầu. Sự chồng lẫn phổ tín hiệu làm cho hệ thống OFDM có hiệu suất sử dụng phổ lớn
hơn nhiều so với các kỹ thuật điều chế thông thường. Nhờ đó OFDM là chia dòng dữ liệu
tốc độ cao thành các dòng dữ liệu tốc độ thấp hơn và phát đồng thời trên một số các sóng
mang, ta thấy rằng trong một số điều kiện cụ thể, có thể tăng dung lượng đáng kể cho hệ
thống OFDM bằng cách làm thích nghi tốc độ dữ liệu trên mỗi sóng mang tuỳ theo tỷ số
tín trên tạp SNR của sóng mang đó.
Kỹ thuật OFDM do R.W Chang phát minh năm 1966 ở Mỹ. Trải qua 40 năm hình
thành và phát triển nhiều công trình khoa học về kỹ thuật này đã được thực hiện ở khắp nơi
trên thế giới. Đặc biệt là các công trình của Weistein và Ebert, ngườI đã chứng minh răng
phép điều chế OFDM có thể thực hiện bằng phép biến đổI IDFT và phép giải điều chế bằng
phép biến đổI DFT. Phát minh này cùng vớI sự phát triển của kỹ thuật số làm cho kỹ thuật
4. Mô phỏng quá trình điều chế OFDM (Matlab/Simulink):
- 4 -
điều chế OFDM được ứng dụng rộng rãi. Thay vì sử dụng IDFT người ta có thể sử dụng
phép biến đổi nhanh IFFT cho bộ điều chế OFDM, sử dụng FFT cho bộ giảI điều chế
OFDM.
2. Tổng quan về OFDM:
OFDM (là viết tắt của Orthogonal Frequency Division Multiplexing) có thể được tạm dịch
là Ghép Kênh Phân Chia Theo Tần Số Trực Giao. Kỹ thuật này được đưa ra vào khoảng
giữa những năm 60 chứ không phải là mới mẻ. Tuy nhiên, do độ phức tạp trong tính toán
của nó nên mãi đến rất gần đây nó mới được áp dụng trong các ứng dụng dân dụng. Trước
đó, chủ yếu được sử dụng trong các ựng dụng quốc phòng của bộ Quốc Phòng Mỹ.
Một trong những vấn đề rất phức tạp trong truyền thông tin với tốc độ cao qua một kênh có
băng thông rất rộng là vấn đề chọn lọc tần số. Một kênh chọn lọc tần số là một trong đó các
thành phần tần số khác nhau của tín hiệu khi được truyền qua kênh sẽ bị suy giảm và dịch
pha với mức độ khác nhau (cả về biên độ và mức độ phi tuyến) cho nên tín hiệu phía thu bị
méo rất nặng và dẫn đến việc khôi phục tín hiệu trở nên cực kỳ khó khăn.
2.1 Từ điều chế đơn sóng mang đến điều chế trực giao OFDM:
a. Phương pháp điều chế đơn sóng mang:
5. Mô phỏng quá trình điều chế OFDM (Matlab/Simulink):
- 5 -
BbbbbBb
bbbbbbbdfgfgfgfgfggfgfgg
Hình 1.2.1 Biểu diễn phổ tín hiệu trong miền thời gian
Trong phương pháp điều chế đơn sóng mang, dòng tín hiệu được truyền đi trên
toàn bộ băng tần B, có nghĩa là tần số lấy mẫu của hệ thống bằng độ rộng băng tần và mỗi
tín hiệu có độ dài là
T sc= 1/B PT(2.1)
Trong thông tin vô tuyến băng rộng, kênh vô tuyến thường là kênh phụ thuộc tần
số (frequency selective channel). Tốc đọ lấy mẫu ở thồn tin băng rộng sẽ rất lớn, do đó chu
lỳ lấy mẫu Tsc sẽ rất nhỏ. Do đó phương pháp điều chế đơn sóng mang có những nhược
điểm sau:
Ảnh hưởng của nhiễu liên tín hiệu ISI gây ra bởi hiệu ứng phân tập đa
đường đối với tín hiệu thu là rất lớn.Điều này được giải thích do độ dài của
1 mẫu tín hiệu Tsc là rất nhỏ so với trường hợp điều chế đa sóng mang. Do
vậy ảnh hưởng của trễ truyền dẫn có thể gây nhiễu liên tín hiệu ISI ở nhiều
mẫu tín hiệu thu. Có 5 loại nhiễu trong thông tin vô tuyến
Gaussian Noise……………………………………………………………
Interchannel Interference…………………………………………………
Co-channel Interference………………………...…………………………
Inter-symbol Interference…………………………………………………
Multiple Access Interference
6. Mô phỏng quá trình điều chế OFDM (Matlab/Simulink):
- 6 -
Ảnh hưởng của sự phụ thuộc kênh theo tần số là rất lớn đối với hệ thống.
Do băng thông rộng kênh phụ thuộc vào tần số
Hai lý do nêu trên làm cho bộ cân bằng kênh và lọc nhiễu ở máy thu là
phức tạp.
Phương pháp điều chế đơn sóng mang hiện nay vẫn được sử dụng chủ yếu trong thông tin
băng hẹp như hệ thống thông tin di động toàn cầu GSM. Trong thông tin băng rộng, phương
pháp điều chế đa sóng mang ra đời để cải thiện các nhược điểm trên.
b. Phương pháp điều chế đa sóng mang FDM:
Hình 1.2.1b Mật độ phổ của tín hiệu đa sóng mang
7. Mô phỏng quá trình điều chế OFDM (Matlab/Simulink):
- 7 -
Hình 1.2.1b Hệ thống đa sóng mang
Phương pháp điều chế đa sóng mang được hiểu là toàn bộ băng tần của hệ thống
được chia ra làm nhiều băng con vớI các sóng mang phụ cho mỗI băng tần con là khác
nhau. Chi tiết của phương pháp này xem ở hình 1.2.1b
Phương pháp điều chế đa sóng mang còn được biết như phương pháp phân kênh
theo tần số FDM, trong đó phổ của tìn hiệu của hệ thống chia làm Nc = 2L+1 kênh song
song. Vì vậy đọ dài của mẫu tín hiệu trong điều chế đơn sóng mang :
Ts=1/Fs=Ts.Nc PT(2.2)
Hệ quả đó là tỷ số tương đối giữa trễ truyền dẫn đối với độ dài mẫu tín hiệu trong
8. Mô phỏng quá trình điều chế OFDM (Matlab/Simulink):
- 8 -
điều chế đa sóng mang cũng giảm đi Nc lần. do vậy ảnh hưởng của nhiễu liên tín hiệu gây
ra bởi trễ truyền dẫn sẽ giảm ( giảm ảnh hưởng của phân tập đa đường). Từ đó chúng ta có
thể nêu ra một số các ưu điểm cơ bản của điều chế đa sóng mang so vớI các phương pháp
điều chế đơn sóng mang là:
Ảnh hưởng của nhiễu liên tín hiệu ISI (Inter-symbol Interference) giảm
Ảnh hưởng của sự phụ thuộc kênh vào tần số giảm do kênh được chia làm
nhiều phần ( Băng thông giảm-> B<Bc dẫn đến kênh ít phụ thuộc vào tn
số)
Từ 2 ưu điểm trên dẫn đến độ phức tạp của bộ cân bằng kênh và lọc nhiễu
cho hệ thống cũng giảm.
Tuy nhiên phương pháp này còn một số nhược điểm cơ bản sau
Hệ thống nhạy cảm với hiệu ứng phụ thuộc thời gian của kênh (time
selectivity). Điều này được biết đến là do đọ dài của một mẫu tín hiệu tăng
lên ( T tín hiếu tăng lên-> T>Tc -> kênh phụ thuộc thời gian). Dẫn đến sự
biến đổi về thời gian của kênh vô tuyến có thể xảy ra trong một mẫu tín
hiệu.
Phương pháp điều chế đa sóng mang không làm tăng hiểu quả sử dụng băng tần của hệ
thống so với phương pháp điều chế đơn tần, ngược lại nếu các kênh phụ được khoảng cách
nhất định thì sẽ làm giảm hiệu quả sự dụng phổ. Để vừa tận dụng hết băng tần và có được
các ưu điểm của điều chế đa sóng mang -> người ta sử dụng phương pháp điều chế OFDM
với các sóng mang phụ trực giao nhau.
c. Phương pháp điều chế đa sóng mang trực giao OFDM:
9. Mô phỏng quá trình điều chế OFDM (Matlab/Simulink):
- 9 -
Công nghệ OFDM nằm trong một lớp các kỹ thuật điều chế đa sóng mang trong thông tin
vô tuyến. Còn trong các hệ thống thông tin hữu tuyến chẳng hạn như trong hệ thống ADSL,
các kỹ thuật này thường đượcc nhắc đến dưới cái tên: đa tần (DMT). Ý tưởng chính trong
kỹ thuật OFDM là việc chia lượng dữ liệu trước khi phát đi thành N luồng dữ liệu song
song có tốc độ thấp hơn và phát mỗi luồng dữ liệu đó trên một sóng mang con khác nhau.
Các sóng mang này là trực giao với nhau, điều này được thực hiện bằng cách chọn độ dãn
cách tần số giữa chúng một cách hợp lý .
OFDM tạo ra lưới theo thời gian và tần số. Mỗi hình chữ nhật là một kênh độc lập và có thể
cấp cho những người sử dụng khác nhau.
10. Mô phỏng quá trình điều chế OFDM (Matlab/Simulink):
- 10 -
Các ưu điểm cơ bản của kỹ thuật OFDM: .
Sử dụng dải tần rất hiệu quả do cho phép chồng phổ giữa các sóng mang con. Hạn chế
được ảnh hưởng của fading và hiệu ứng nhiều đường bằng cách chia kênh fading chọn
lọc tần số thành các kênh con fading phẳng tương ứng với các tần số sóng mang OFDM
khác nhau. .
Phương pháp này có ưu điểm quan trọng là loại bỏ được hầu hết giao thoa giữa các sóng
mang (ICI) và giao thoa giữa các ký hiệu (ISI) do sử dụng CP. .
Nếu sử dụng các biện pháp xen rẽ và mã hoá kênh thích hợp thì sẽ có thể khắc phục được
hiện tượng suy giảm xác suất lỗi trên ký hiệu do các hiệu ứng chọn lọc tần số ở kênh gây
ra. Có thể sử dụng phương pháp giải mã tối ưu với độ phức tạp giải mã ở mức cho phép.
Quá trình cân bằng kênh được thực hiện đơn giản hơn so với việc sử dụng các kỹ thuật
11. Mô phỏng quá trình điều chế OFDM (Matlab/Simulink):
- 11 -
cân bằng thích nghi trong các hệ thống đơn tần ..
Trên thực tế, quá trình thực hiện điều chế và giải điều chế trong OFDM được đảm bảo
nhờ sử dụng phép biến đổi FFT. Nếu sử dụng kết hợp với phép điều chế vi sai thì không
Phải thực hiện trong quá trình ước lượng kênh. .
ý tưởng chính trong kỹ thuật OFDM là việc chia luồng dữ liệu trước khi phát đi thành N
luồng dữ liệu song song có tốc độ thấp hơn và phát mỗi luồng dữ liệu đó trên một sóng
mang con khác nhau. Các sóng mang này là trực giao với nhau, điều này được thực hiện
bằng cách chọn độ dãn cách tần số giữa chúng một cách hợp lý. Hình (1) mô tả nguyên lý
của quá trình tạo một ký hiệu OFDM. Tất cả các thao tác trong miền được đóng khung
đều có thể được thay thế bằng phép biến đổi IDFT.
Hình 1. Nguyên lý tạo một ký hiệu OFDM
Các sóng mang f n(t) là các sóng hình sin có thể được biểu diễn dưới dạng luỹ thừa như
sau :
Tần số của các sóng mang hơn kém nhau một khoảng W/N Hz, trong đó W là độ rộng dải
tần. Mỗi sóng mang được nhân với một giá trị phức xn,m lấy từ dữ liệu đầu vào; chỉ số
dưới n tương ứng với chỉ số của sóng mang, và m là chỉ số của toàn bộ ký hiệu OFDM
(còn gọi là khung OFDM). Mỗi tín hiệu sm(t) tương ứng với một điểm trong không gian
Euclid N-chiều gọi là không gian tín hiệu, mỗi điểm được biểu diễn bởi một bộ các giá trị
(xm,0, xm,1, ..., xm,N-1). Một tập hợp M điểm trong không gian N-chiều này được gọi là
chùm tín hiệu (signal constellation). Các điểm nằm trong chùm tín hiệu này có thể là đầu
ra sau khi thực hiện phép điều chế M-trị bất kỳ. Trong trường hợp thực hiện truyền tín
hiệu liên tục, m là một số nguyên m ẻ (-Ơ ,Ơ ). Các kết quả có được sau khi thực hiện
12. Mô phỏng quá trình điều chế OFDM (Matlab/Simulink):
- 12 -
phép nhân sẽ được cộng lại và tín hiệu cuối cùng sẽ là dạng sóng (theo thời gian) được
truyền đi qua kênh.
Hình 2. Dạng sóng của một ký hiệu OFDM
Như vậy, chuỗi vô hạn các ký hiệu OFDM có thể được biểu diễn
Do f n(t) là một xung vuông được điều chế tại tần số sóng mang kW/N (Hz), nên kỹ thuật
OFDM thường được coi như là có N sóng mang, trên mỗi sóng mang ký hiệu được
truyền đi với tốc độ thấp hơn ROFDM = Rs/N. Chú ý rằng tốc độ ký hiệu của mỗi kênh
con là tốc độ truyền các ký hiệu (hoặc các khung) OFDM.
Tính trực giao và dải bảo vệ .
Ðiểm mấu chốt nhằm có được hiệu quả sử dụng dải tần cao là tính trực giao của các sóng
mang. Trong các hệ thống ghép kênh phân chia theo tần số thông thường, các sóng mang
được phân tách bởi một dải bảo vệ nhằm cho phép thu và giải điều chế các sóng mang đó
bằng các thao tác lọc thông thường. Tuy nhiên, các dải bảo vệ này đã làm giảm hiệu quả
sử dụng dải tần. Nếu các sóng mang là trực giao với nhau, thì chúng có thể được sắp xếp
sao cho các dải băng chồng lên nhau sao cho vẫn có thể thu tốt mà không có giao thoa
với các sóng mang lân cận (ICI). Tuy nhiên, các dải bảo vệ là cần thiết để duy trì tính
trực giao giữa các sóng mang trong kỹ thuật OFDM, nhưng cách hoạt động của các dải
13. Mô phỏng quá trình điều chế OFDM (Matlab/Simulink):
- 13 -
bảo vệ này khác hẳn với kỹ thuật FDM thông thường .
Máy thu OFDM có thể được coi là gồm nhiều bộ giải điều chế, mỗi bộ sẽ thực hiện
chuyển tín hiệu ở mỗi sóng mang xuống băng gốc và tích phân trên một chu kỳ ký hiệu
nhằm khôi phục lại dữ liệu ban đầu. Sơ đồ nguyên lý của quá trình giải điều chế một ký
hiệu trong kỹ thuật OFDM được mô tả trong hình (3). Chúng ta có thể dễ dàng nhận thấy,
nếu các hàm n(t) với n = 0,1,...,N-1 là trực giao với nhau từng đôi một thì mới khôi
phục được bộ (xm,0, xm,1, ..., xm,N-1) ban đầu.
Hình 3. Nguyên lý của quá trình giải điều chế OFDM
Về mặt toán học, một bộ các hàm được coi là độc lập tuyến tính hoặc trực giao nếu :
trong đó, * là kí hiệu của liên hợp phức. Có nhiều bộ các hàm trực giao, nổi tiếng nhất là
các hàm luỹ thừa phức tạo thành cơ sở của phép biển đổi Fourier :
Như vậy, nếu p, q là số nguyên thì các hàm này sẽ là độc lập tuyến tính. Tính trực giao
này giữa chúng đã gợi ý về việc sử dụng phép biến đổi Fourier rời rạc (DFT) trong kỹ
thuật OFDM .
Nếu tất cả các sóng mang không phải là sóng mang mong muốn bị trộn xuống các tần số
bằng một số nguyên lần 1/t , trong đó t là chu kỳ ký hiệu, thì chúng sẽ có tích phân bằng
0 trên một chu kỳ ký hiệu. Như vậy, các sóng mang sẽ là độc lập tuyến tính, hoặc trực
giao với nhau, nếu độ dãn cách giữa các sóng mang là bội số của 1/t .
Trở ngại duy nhất trong việc sử dụng DFT trong kỹ thuật OFDM là bản chất không tuần
hoàn của tín hiệu trong miền thời gian. Ðiều này có thể được giải quyết bằng cách thêm
một thời khoảng bảo vệ Tg, đoạn này chính là bản sao của ký hiệu tích cực trong Tg giây
trước (như trên hình 4). Ðoạn thêm vào này thường được gọi là CP (cyclic prefix) bởi vì
nó làm cho ký hiệu OFDM như là tuần hoàn đối với máy thu. Tín hiệu thu sau đó sẽ được
xấp xỉ bằng phép chập tuần hoàn giữa tín hiệu phát và đáp ứng xung của kênh.
14. Mô phỏng quá trình điều chế OFDM (Matlab/Simulink):
- 14 -
Hình 4. Thêm CP vào ký hiệu OFDM
Chiều dài của dải bảo vệ bị hạn chế nhằm đảm bảo hiệu suất sử dụng dải tần, tuy nhiên,
nó phải dài hơn đáp ứng xung của kênh nhằm duy trì tính trực giao giữa các sóng mang
con và loại bỏ được các loại giao thoa ICI và ISI. Những lợi ích đạt được nhờ chèn thêm
dải bảo vệ này thường có giá trị hơn những suy giảm trong hiệu suất sử dụng dải tần và
trong tỷ số SNR. Ðể minh hoạ cho điều này, chúng ta có thể thấy rằng năng lượng phát sẽ
tăng khi tăng chiều dài Tg của CP, trong khi đó thì năng lượng tín hiệu thu và lấy mẫu
vẫn giữ nguyên. Năng lượng phát trên một sóng mang con là :
và suy giảm SNR do loại bỏ CP tại máy thu là :
Như vậy, CP có chiều dài càng lớn thì suy giảm SNR càng nhiều. Thông thường, chiều
dài tương đối của CP sẽ được giữ ở mức nhỏ, còn suy giảm SNR sẽ chủ yếu là do yêu cầu
loại bỏ giao thoa ICI và ISI (nhỏ hơn 1dB với Tg/T < 0,2).
Phép biến đổi Fourier rời rạc (DFT)
Các phương thức để phân tách các sóng mang trong kỹ thuật OFDM đã được tìm hiểu và
đánh giá trong suốt quá trình phát triển của nó. Hai phương thức ban đầu sử dụng các bộ
lọc để phân tách các dải, và đã gặp phải nhiều khó khăn trong việc thực thi các bộ lọc có
dải sườn dốc. Phương thức thứ ba được Weinstein và Ebert giới thiệu, là phương thức sử
dụng các biện pháp xử lý ở băng gốc, khi đó, cả máy phát và máy thu đều có thể được
thực thi bằng cách sử dụng phép biến đổi Fourier rời rạc (DFT).
15. Mô phỏng quá trình điều chế OFDM (Matlab/Simulink):
- 15 -
Mỗi sóng mang trong hệ thống OFDM đều có thể được viết dưới dạng :
trong đó, xn,m là modul của số phức tương ứng với sóng mang con thứ n trong ký hiệu
OFDM thứ m và khác 0 trên chu kỳ thời gian (m-1) < t < m , trong đó là chu kỳ ký
hiệu. Ðiều này cho phép chúng ta có thể viết lại phương trình (2) dưới dạng trung bình
của các sóng mang phức liên tục theo thời gian, với m cho trước :
trong đó, fn = f0 + n f với f0 là tần số gốc, và f là khoảng dãn cách giữa các sóng
mang. Không mất tính tổng quát, gán f0 = 0. Thay giá trị fn và lấy mẫu biểu thức (8) tại
tần số 1/T, ta được :
Ta chọn N mẫu trên một chu kỳ ký hiệu, sử dụng mối quan hệ = NT. So sánh phương
trình (9) với dạng tổng quát của phép biến đổi IDFT :
chúng ta thấy rằng, hàm phức xn,m theo biến n chính là định nghĩa của tín hiệu được lấy
mẫu biểu diễn trong miền tần số và s(kT) là dạng biểu diễn trong miền thời gian. Do mối
quan hệ giữa 2 phép biến đổi DFT và IDFT :
nên phương trình (10) và (11) là tương đương nếu
Ðiều kiện này cũng giống hệt với yêu cầu về tính trực giao trong biểu thức (5). Như vậy,
để duy trì tính trực giao, tín hiệu OFDM có thể được định nghĩa bằng cách sử dụng phép
biến đổi Fourier.
Ðây là một đặc điểm rất quan trọng bởi vì 2 lý do sau. Thứ nhất, DFT là một dạng của
phép biến đổi Fourier mà ở đó, tín hiệu được lấy mẫu và nhờ vậy, chúng trở nên tuần
hoàn trong cả miền thời gian và tần số. Ðiều này giúp tránh được các vấn đề về lưu trữ,
chồng phổ thường xuất hiện ở các tín hiệu có dải tần vô hạn hoặc không đổi theo thời
gian. Phép biến đổi này, cùng với việc chèn thêm dải bảo vệ nhằm giúp cho mỗi ký hiệu
OFDM gần như tuần hoàn, đã giúp thực hiện phép chập tuần hoàn với hàm truyền đạt của
kênh. Ưu điểm thứ hai của việc ứng dụng DFT là phép biến đổi này có thể được thực
hiện khá đơn giản và rẻ tiền bằng cách sử dụng FFT.
16. Mô phỏng quá trình điều chế OFDM (Matlab/Simulink):
- 16 -
Hình 5. Sơ đồ khối các quá trình điều chế, giải điều chế OFDM sử dụng FFT
Hình (5) là sơ đồ khối của một hệ thống OFDM có sử dụng mã sửa sai, phép IFFT được
sử dụng để thực hiện các thao tác điều chế như trong hình (1). Dữ liệu đầu vào sẽ được
ánh xạ thành các bộ N-phần tử bằng cách sử dụng bất cứ phép điều chế M-trị thông
thường nào. Sau đó, các thành phần thực và ảo sẽ được tách ra và được mã hoá chập
riêng biệt (thông thường là mã chập có hệ số tỉ lệ 1/2). Bộ xen rẽ khối có chức năng thực
hiện xen rẽ các sóng mang (theo tần số), và khối IFFT sẽ tạo ra dạng sóng ở miền thời
gian giống như biểu thức (8). Sau khi thêm CP vào ký hiệu OFDM thì tín hiệu sẽ được
phát đi qua kênh fading nhiều đường, đồng thời nó cũng chịu ảnh hưởng của nhiễu trắng
cộng sinh AWGN. Tại máy thu, sau khi loại bỏ CP khỏi ký hiệu OFDM, người ta thực
hiện cân bằng và biến đổi FFT. Tín hiệu miền thời gian thu được sau đó sẽ được giải xen
rẽ, giải mã sửa sai theo thuật toán Viterbi và cuối cùng được giải điều chế M-trị để trở
thành luồng dữ liệu ban đầu.
17. Mô phỏng quá trình điều chế OFDM (Matlab/Simulink):
- 17 -
3.Một số ứng dụng của công nghệ OFDM:
Sơ đồ khối OFDM trong hệ thống viễn thông:
Sơ đồ khối hệ thống OFDM cơ bản
Các nơi có địa hình phức tạp như vùng nông thôn, ngoại ô, các thành phố đông dân cư,
vv… ảnh hưởng lớn đến khả năng truy cập không dây băng rộng khi triển khai trong thời
gian thực. Một hệ thống truy cập vô tuyến băng rộng chắc chắn chính là hệ thống có
nhiều tính năng cao và khả năng truyền dẫn tốt trong các điều kiện kết nối rộng lớn.- giúp
các nhà cung cấp dịch vụ viễn thông phủ sóng trên diện rộng hơn với số trạm gốc giảm
đi.
Hãng Alvarion (Israel), đã ứng dụng rất hiệu quả công nghệ này vào một số sản phẩm của
hãng như BreezeAccess OFDM, BreezeACCESS VL,vv… nhằm đáp ứng các yêu cầu từ
đơn giản đến chuyên dụng như kết nối mạng Lan, camera giám sát, hệ thống hội nghị
truyền hình.. .
Các sản phẩm này được thiết kế đặc biệt cho các ứng dụng điểm-điểm, điểm-đa điểm
trong các điều kiện bị che chắn! .
Sự kết hợp công nghệ modem OFDM và điều chế thích nghi linh hoạt chỉ có trong thị
18. Mô phỏng quá trình điều chế OFDM (Matlab/Simulink):
- 18 -
trường công nghệ truy cập vô tuyến băng rộng và là các yếu tố chính tạo nên tính năng
nổi trội trong sản phẩm của hãng Alvarion . Các khả năng này tập trung chủ yếu trong
các kết nối đa điểm trên thời gian thực.
Ứng dụng trong hệ thống camera giám sát không dây
Ứng dụng kết nối mạng Lan theo cấu trúc điểm - điểm hoặc điểm - đa điểm
II.Mô phỏng quá trình điều chế OFDM:
1. Sử dụng matlab:
1.1 Code mô phỏng:
C% Tin hieu OFDM va pho cua no ( them khoang bao ve )
% Modulation OFDM
clear all;
Fd=1; % symbol rate (1Hz)
Fs=1*Fd; % so luong mau moi symbol
19. Mô phỏng quá trình điều chế OFDM (Matlab/Simulink):
- 19 -
M=4; % So muc duoc dieu che tren moi song mang
Ndata=1024; % so symbol duoc truyen
Sdata=64; % 64 du lieu symbol moi khung den ifft
Slen=128; % 128 symbol cho IFFT
Nsym=16; % so luong khung -> Nsym khung
GIlen=144; % symbol voi khoang bao ve them vao
GI=16; % do dai khoang bao ve
% Tao vector
X=zeros(Ndata,1);
Y1=zeros(Ndata,1);
Y2=zeros(Ndata,1);
Y3=zeros(Slen,1);
z0=zeros(Slen,1);
z1=zeros(Ndata/Sdata*Slen,1);
g=zeros(GIlen,1);
z2=zeros(GIlen*Nsym,1);
% Tao ma tran cac so nguyen ngau nhien
X = randint(Ndata, 1, M);
% symbol so duoc map nhu mot symbol tuong tu
Y1 = modmap(X, Fd, Fs, 'qask', M);
% chuyen qua so phuc
Y2=amodce(Y1,1,'qam');
for j=1:Nsym;
for i=1:Sdata;
Y3(i+Slen/2-Sdata/2,1)=Y2(i+(j-1)*Sdata,1);
end
20. Mô phỏng quá trình điều chế OFDM (Matlab/Simulink):
- 20 -
z0=ifft(Y3);
for i=1:Slen;
z1(((j-1)*Slen)+i)=z0(i,1);
end
for i=1:Slen;
g(i+16)=z0(i,1);
end
for i=1:GI;
g(i)=z0(i+Slen-GI,1);
end
for i=1:GIlen;
z2(((j-1)*GIlen)+i)=g(i,1);
end
end
f = linspace(-Sdata,Sdata,length(z1));
Y4 = fft(z1);
% Neu Y4 nho hon 0.01 Y4=0.001
for j=1:Ndata/Sdata*Slen;
if abs(Y4(j)) < 0.01
Y4(j)=0.01;
end
end
Y4 = 10*log10(abs(Y4));
figure( );
subplot(2,1,1);plot(f,abs(z1),'b');grid on;
21. Mô phỏng quá trình điều chế OFDM (Matlab/Simulink):
- 21 -
Title('Signal in Time Domain','Color','b');
xlabel('Time, s','Color','b');
ylabel('Amplitude','Color','b')
f = linspace(-Sdata,Sdata,length(Y4));
subplot(2,1,2); plot(f,Y4,'r');grid on;
Title('Signal in Frequency Domain','Color','r');
xlabel('Frequency, Hz','Color','r');
ylabel('Magnitude square, dB','Color','r')
axis([-64 64 -20 20]);
% The end!
1.2 Kết quả mô phỏng:
22. Mô phỏng quá trình điều chế OFDM (Matlab/Simulink):
- 22 -
Tín hiệu OFDM
Tín hiệu trong miền thời gian và Phổ của tín hiệu sau khi điều chế OFDM
2.1Sử dụng Simulink:
23. Mô phỏng quá trình điều chế OFDM (Matlab/Simulink):
- 23 -
Khối IQ mapper:
Khối điều chế OFDM:
24. Mô phỏng quá trình điều chế OFDM (Matlab/Simulink):
- 24 -
2.2 Kết quả mô phỏng bằng simulink:
25. Mô phỏng quá trình điều chế OFDM (Matlab/Simulink):
- 25 -
Phổ của tín hiệu sau điều chế OFDM
26. Mô phỏng quá trình điều chế OFDM (Matlab/Simulink):
- 26 -
Biểu đồ chòm sao của tín hiệu sau điều chế 64-QAM
Gồm 64 điểm đối xứng nhau qua 2 trục I và Q
27. Mô phỏng quá trình điều chế OFDM (Matlab/Simulink):
- 27 -
III. Kết luận:
Khả năng hoạt động trong các điều kiện bị che chắn là yếu tố quan trọng của công nghệ
truy cập vô tuyến băng rộng. Các nhà cung cấp và khai thác dịch vụ viễn thông cần biết
rằng công nghệ vô tuyến băng rộng có thể triển khai ở bất cứ nơi nào và có thể khắc phục
được các điều kiện địa hình bị che chắn như núi cao, rừng cây ở các vùng sâu vùng xa,
các toà nhà cao tầng ở các khu đô thị, khu dân cư đông đúc. Với công nghệ OFDM cho
phép triển khai hệ thống trên diện rộng do đó đem lại lợi ích rất lớn, giảm thiểu chi phí
lắp đặt và vận hành cho các nhà cung cấp và khai thác dịch vụ cũng như các khách hàng
sử dụng dịch vụ viễn thông.
Vì vậy việc hiểu về công nghệ OFDM là rất quan trọng với mỗi sinh viên điện tử viễn
thông, và việc mô phỏng quá trình điều chế OFDM bằng matlab đã giúp chúng ta rất
nhiều trong việc hiểu và vận dụng công nghệ OFDM.
Cuối cùng xin cảm ơn thầy: Vũ Văn Yêm vì đã giúp chúng em hiểu rõ công nghệ OFDM
nói riêng và học tốt môn Hệ Thống Vô Tuyến nói chung.
IV. Công việc của các thành viên:
1. Trần Thành Đức ( Nhóm trưởng ): Tìm hiểu chung về OFDM, tìm tài
liệu về OFDM, tham gia viết code matlab, mô phỏng OFDM sử dụng
simulink, viết slide, viết báo cáo.
2. Nguyễn Kim Luân: Tìm hiểu về OFDM, dịch một số tài liệu về
OFDM, viết code matlab
3. Đặng Hoàng Giang: Tìm hiểu về OFDM, tìm tài liệu về OFDM, mô
phỏng OFDM dùng simulink.
28. Mô phỏng quá trình điều chế OFDM (Matlab/Simulink):
- 28 -
V. Tài liệu tham khảo:
1. Các bài tập matlab về thông tin vô tuyến - TS. Nguyễn Văn Đức
2. OFDM for wireless communications systems – Ramjee Prasad
3. http://vntelecom.com
4. http://5nam.ttvnol.com
5. http://mathworks.com
29. Mô phỏng quá trình điều chế OFDM (Matlab/Simulink):
- 29 -
30. Mô phỏng quá trình điều chế OFDM (Matlab/Simulink):
- 30 -
