Mô phỏng quá trình điều chế OFDM sử dụng Matlab - Báo cáo nghiên cứu. Môn Mô hình hoá và mô phỏng hệ thống điều khiển | Trường Đại học Công nghệ, Đại học Quốc gia Hà Nội.

lOMoAR cPSD| 58833082
Mô phỏng quá trình iều chế OFDM (Matlab/Simulink): Lời Mở Ěầu
OFDM là nằm trong một lớp các kỹ thuật iều chế a 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 ược nhắc ến dưới cái tên: a tần (DMT). Kỹ thuật OFDM
lần ầu tiên ược giới thiệu trong bài báo của R. W. Chang nĕm 1966 về vấn ề 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 ây, kỹ thuật OFDM mới ược quan tầm nhờ có những tiến bộ vượt bậc trong
lƿnh vực xử lý tín hiệu và vi iện tử.
Hiện nay, kỹ thuật ghép kênh phân chia theo tần số trực giao (OFDM) ược dùng làm chuẩn
trong các hệ thống phát thanh số ở châu Âu. Kỹ thuật này ang ược ề nghị ưa vào ứng dụng
ở Mỹ cǜng như nghiên cứu ể phát triển trong lƿnh vực truyền hình số. Bản báo cáo này sẽ
giới thiệu về nguyên lý, mô hình toán học và những ặc iểm cơ bản trong kỹ thuật OFDM
và cách mô phỏng phương pháp iều chế OFDM sử dụng matlab. - 1 - lOMoAR cPSD| 58833082
Mô phỏng quá trình iều chế OFDM (Matlab/Simulink): Mục lục: I.
Giới thiệu về OFDM………………………..……………………..02
1. Lịch sử phát triển…………………………………………………… 02
2. Tổng quát về OFDM…………………………………………………. 02
2.1 Từ iều chế ơn sóng mang ến iều chế trực giao OFDM……… 03
a.PP iều chế ơn sóng mang……………………………………….03
b.PP iều chế a sóng mang……………………………………… 05
c. Phương pháp iều chế a sóng mang trực giao OFDM………… 07
3. Một số ứng dụng của công nghệ OFDM…………………………… 16
II Mô phỏng hệ thống iều 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 ồ khối………………………………………………………… 21
2.2 Kết quả mô phỏng………………………………………………… 23
III. Kết luận……………………………………………………………..26
IV Công việc của các thành viên………………………..………..…...26
I.Giới thiệu về OFDM: 1. Lịch sử phát triển
Trong những nĕm gần ây, Phương thức ghép kênh phân chia theo tần số trực giao
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) không ngừng ược nghiên cứu và mở
rộng phạm vi ứng dụng bởi những ưu iểm của nó trong tiết kiệm bĕng tần và khả nĕng chống
lại Fading chọn lọc theo tần số cǜng như xuyên nhiễu bĕng hẹp.
Kỹ thuật iều chế OFDM là một trường hợp ặc biệt của phuơng pháp iều chế a sóng
mang trong ó 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 ầu. 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 iều chế thông thường. Nhờ ó OFDM là chia dòng dữ liệu tốc ộ cao thành các
dòng dữ liệu tốc ộ thấp hơn và phát ồng thời trên một số các sóng mang, ta thấy rằng trong
một số iều kiện cụ thể, có thể tĕng dung lượng áng kể cho hệ thống OFDM bằng cách làm
thích nghi tốc ộ dữ liệu trên mỗi sóng mang tuǶ theo tỷ số tín trên tạp SNR của sóng mang ó. - 2 - lOMoAR cPSD| 58833082
Mô phỏng quá trình iều chế OFDM (Matlab/Simulink):
Kỹ thuật OFDM do R.W Chang phát minh nĕm 1966 ở Mỹ. Trải qua 40 nĕm hình
thành và phát triển nhiều công trình khoa học về kỹ thuật này ã ược thực hiện ở khắp nơi trên
thế giới. Ěặc biệt là các công trình của Weistein và Ebert, ngườI ã chứng minh rĕng phép iều
chế OFDM có thể thực hiện bằng phép biến ổI IDFT và phép giải iều chế bằng phép biến ổI
DFT. Phát minh này cùng vớI sự phát triển của kỹ thuật số làm cho kỹ thuật iều chế OFDM
ược ứng dụng rộng rãi. Thay vì sử dụng IDFT người ta có thể sử dụng phép biến ổi nhanh
IFFT cho bộ iều chế OFDM, sử dụng FFT cho bộ giảI iều chế OFDM. 2. Tổng quan về OFDM:
OFDM (là viết tắt của Orthogonal Frequency Division Multiplexing) có thể ược tạm dịch là
Ghép Kênh Phân Chia Theo Tần Số Trực Giao. Kỹ thuật này ược ưa ra vào khoảng giữa
những nĕm 60 chứ không phải là mới mẻ. Tuy nhiên, do ộ phức tạp trong tính toán của nó
nên mãi ến rất gần ây nó mới ược áp dụng trong các ứng dụng dân dụng. Trước ó, chủ yếu
ược sử dụng trong các ựng dụng quốc phòng của bộ Quốc Phòng Mỹ.
Một trong những vấn ề rất phức tạp trong truyền thông tin với tốc ộ cao qua một kênh có bĕng
thông rất rộng là vấn ề chọn lọc tần số. Một kênh chọn lọc tần số là một trong ó các thành
phần tần số khác nhau của tín hiệu khi ược truyền qua kênh sẽ bị suy giảm và dịch pha với
mức ộ khác nhau (cả về biên ộ và mức ộ phi tuyến) cho nên tín hiệu phía thu bị méo rất nặng
và dẫn ến việc khôi phục tín hiệu trở nên cực kǶ khó khĕn. - 3 - lOMoAR cPSD| 58833082
Mô phỏng quá trình iều chế OFDM (Matlab/Simulink):
2.1 Từ iều chế ơn sóng mang ến iều chế trực giao OFDM:
a. Phương pháp iều chế ơn sóng mang: BbbbbBb bbbbbbbdfgfgfgfgfggfgfgg
Hình 1.2.1 Biểu diễn phổ tín hiệu trong miền thời gian
Trong phương pháp iều chế ơn sóng mang, dòng tín hiệu ược truyền i trên toàn bộ
bĕng tần B, có nghƿa là tần số lấy mẫu của hệ thống bằng ộ rộng bĕng tần và mỗi tín hiệu có ộ dài là T sc= 1/B PT(2.1)
Trong thông tin vô tuyến bĕng rộng, kênh vô tuyến thường là kênh phụ thuộc tần số
(frequency selective channel). Tốc ọ lấy mẫu ở thồn tin bĕng rộng sẽ rất lớn, do ó chu lǶ lấy
mẫu Tsc sẽ rất nhỏ. Do ó phương pháp iều chế ơn sóng mang có những nhược iểm sau:
• Ảnh hưởng của nhiễu liên tín hiệu ISI gây ra bởi hiệu ứng phân tập a ường
ối với tín hiệu thu là rất lớn.Ěiều này ược giải thích do ộ dài của 1 mẫu tín
hiệu Tsc là rất nhỏ so với trường hợp iều chế a 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………………………………………………… - 4 - lOMoAR cPSD| 58833082
Mô phỏng quá trình iều chế OFDM (Matlab/Simulink): Multiple Access Interference
• Ảnh hưởng của sự phụ thuộc kênh theo tần số là rất lớn ối với hệ thống. Do
bĕng 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 iều chế ơn sóng mang hiện nay vẫn ược sử dụng chủ yếu trong thông tin bĕng
hẹp như hệ thống thông tin di ộng toàn cầu GSM. Trong thông tin bĕng rộng, phương pháp
iều chế a sóng mang ra ời ể cải thiện các nhược iểm trên.
b. Phương pháp iều chế a sóng mang FDM: - 5 - lOMoAR cPSD| 58833082
Mô phỏng quá trình iều chế OFDM (Matlab/Simulink):
Hình 1.2.1b Mật ộ phổ của tín hiệu a sóng mang
Hình 1.2.1b H ệ thống a sóng mang
Phương pháp iều chế a sóng mang ược hiểu là toàn bộ bĕng tần của hệ thống ược
chia ra làm nhiều bĕng con vớI các sóng mang phụ cho mỗI bĕng tần con là khác nhau. Chi
tiết của phương pháp này xem ở hình 1.2.1b
Phương pháp iều chế a sóng mang còn ược biết như phương pháp phân kênh theo
tần số FDM, trong ó phổ của tìn hiệu của hệ thống chia làm Nc = 2L+1 kênh song song. Vì
vậy ọ dài của mẫu tín hiệu trong iều chế ơn sóng mang : Ts=1/Fs=Ts.Nc PT(2.2) - 6 - lOMoAR cPSD| 58833082
Mô phỏng quá trình iều chế OFDM (Matlab/Simulink):
Hệ quả ó là tỷ số tương ối giữa trễ truyền dẫn ối với ộ dài mẫu tín hiệu trong
iều chế a sóng mang cǜng giảm i 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 a ường). Từ ó chúng ta có thể nêu ra
một số các ưu iểm cơ bản của iều chế a sóng mang so vớI các phương pháp iều chế ơn 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 ược chia làm
nhiều phần ( Bĕng thông giảm-> B• Từ 2 ưu iểm trên dẫn ến ộ phức tạp của bộ cân bằng kênh và lọc nhiễu cho hệ thống cǜng giảm.
Tuy nhiên phương pháp này còn một số nhược iểm cơ bản sau
• Hệ thống nhạy cảm với hiệu ứng phụ thuộc thời gian của kênh (time
selectivity). Ěiều này ược biết ến là do ọ dài của một mẫu tín hiệu tĕng lên
( T tín hiếu tĕng lên-> T>Tc -> kênh phụ thuộc thời gian). Dẫn ến sự biến ổi
về thời gian của kênh vô tuyến có thể xảy ra trong một mẫu tín hiệu.
Phương pháp iều chế a sóng mang không làm tĕng hiểu quả sử dụng bĕng tần của hệ thống so
với phương pháp iều chế ơn tần, ngược lại nếu các kênh phụ ược khoảng cách nhất ịnh thì sẽ
làm giảm hiệu quả sự dụng phổ. Ěể vừa tận dụng hết bĕng tần và có ược các ưu iểm của iều
chế a sóng mang -> người ta sử dụng phương pháp iều chế OFDM với các sóng mang phụ trực giao nhau.
c. Phương pháp iều chế a sóng mang trực giao OFDM: - 7 - lOMoAR cPSD| 58833082
Mô phỏng quá trình iều chế OFDM (Matlab/Simulink):
Công nghệ OFDM nằm trong một lớp các kỹ thuật iều chế a 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 ượcc nhắc ến dưới cái tên: a tần (DMT). Ý tưởng chính trong kỹ thuật
OFDM là việc chia lượng dữ liệu trước khi phát i thành N luồng dữ liệu song song có tốc ộ
thấp hơn và phát mỗi luồng dữ liệu ó trên một sóng mang con khác nhau. Các sóng mang này
là trực giao với nhau, iều này ược thực hiện bằng cách chọn ộ 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 ộc lập và có thể cấp cho những người sử dụng khác nhau. - 8 - lOMoAR cPSD| 58833082
Mô phỏng quá trình iều chế OFDM (Matlab/Simulink):
Các ưu iểm 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 ược ảnh hưởng của
fading và hiệu ứng nhiều ường 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 iểm
quan trọng là loại bỏ ược 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 ược 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 ộ phức tạp giải mã ở mức cho phép. Quá trình cân bằng kênh ược thực hiện
ơn giản hơn so với việc sử dụng các kỹ thuật cân bằng thích nghi trong các hệ thống ơn - 9 - lOMoAR cPSD| 58833082
Mô phỏng quá trình iều chế OFDM (Matlab/Simulink):
tần .. Trên thực tế, quá trình thực hiện iều chế và giải iều chế
trong OFDM ược ảm bảo nhờ sử dụng phép biến ổi FFT. Nếu sử dụng kết hợp với phép
iều 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 i thành N
luồng dữ liệu song song có tốc ộ thấp hơn và phát mỗi luồng dữ liệu ó trên một sóng mang
con khác nhau. Các sóng mang này là trực giao với nhau, iều này ược thực hiện bằng cách
chọn ộ 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 ược óng khung ều có thể ược thay
thế bằng phép biến ổi IDFT.
Hình 1. Nguyên lý tạo một ký hiệu OFDM
Các sóng mang f n(t) là các sóng hình sin có thể ược biểu diễn dưới dạng luỹ thừa như sau :
Tần số của các sóng mang hơn kém nhau một khoảng W/N Hz, trong ó W là ộ rộng dải tần.
Mỗi sóng mang ược nhân với một giá trị phức xn,m lấy từ dữ liệu ầu 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 iểm trong không gian Euclid N-chiều
gọi là không gian tín hiệu, mỗi iểm ược biểu diễn bởi một bộ các giá trị (xm,0, xm,1, ...,
xm,N-1). Một tập hợp M iểm trong không gian N-chiều này ược gọi là chùm tín hiệu (signal
constellation). Các iểm nằm trong chùm tín hiệu này có thể là ầu ra sau khi thực hiện phép
iều chế M-trị bất kǶ. Trong trường hợp thực hiện truyền tín hiệu liên tục, m là một số
nguyên m ẻ (-Ơ ,Ơ ). Các kết quả có ược sau khi thực hiện phép nhân sẽ ược cộng lại và
tín hiệu cuối cùng sẽ là dạng sóng (theo thời gian) ược truyền i qua kênh. - 10 - lOMoAR cPSD| 58833082
Mô phỏng quá trình iều chế OFDM (Matlab/Simulink):
Hình 2. Dạng sóng của một ký hiệu OFDM
Như vậy, chuỗi vô hạn các ký hiệu OFDM có thể ược biểu diễn
Do f n(t) là một xung vuông ược iều chế tại tần số sóng mang kW/N (Hz), nên kỹ thuật
OFDM thường ược coi như là có N sóng mang, trên mỗi sóng mang ký hiệu ược truyền i
với tốc ộ thấp hơn ROFDM = Rs/N. Chú ý rằng tốc ộ ký hiệu của mỗi kênh con là tốc ộ
truyền các ký hiệu (hoặc các khung) OFDM.
Tính trực giao và dải bảo vệ . Ðiểm mấu chốt nhằm có ược
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 ược phân tách bởi một dải bảo vệ
nhằm cho phép thu và giải iều chế các sóng mang ó bằng các thao tác lọc thông thường.
Tuy nhiên, các dải bảo vệ này ã làm giảm hiệu quả sử dụng dải tần. Nếu các sóng mang là
trực giao với nhau, thì chúng có thể ược sắp xếp sao cho các dải bĕng 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 ể duy trì tính trực giao giữa các sóng mang trong kỹ thuật OFDM,
nhưng cách hoạt ộng của các dải bảo vệ này khác hẳn với kỹ thuật FDM thông
thường . Máy thu OFDM có thể ược coi là gồm nhiều bộ giải iều chế, mỗi
bộ sẽ thực hiện chuyển tín hiệu ở mỗi sóng mang xuống bĕng gốc và tích phân trên một
chu kǶ ký hiệu nhằm khôi phục lại dữ liệu ban ầu. Sơ ồ nguyên lý của quá trình giải iều - 11 - lOMoAR cPSD| 58833082
Mô phỏng quá trình iều chế OFDM (Matlab/Simulink):
chế một ký hiệu trong kỹ thuật OFDM ược 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 ôi một thì mới
khôi phục ược bộ (xm,0, xm,1, ..., xm,N-1) ban ầu.
Hình 3. Nguyên lý của quá trình giải iều chế OFDM Về mặt
toán học, một bộ các hàm ược coi là ộc lập tuyến tính hoặc trực giao nếu :
trong ó, * 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 ổi Fourier :
Như vậy, nếu p, q là số nguyên thì các hàm này sẽ là ộc lập tuyến tính. Tính trực giao này
giữa chúng ã gợi ý về việc sử dụng phép biến ổi 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 ó t là
chu kǶ ký hiệu, thì chúng sẽ có tích phân bằng 0 trên một chu kǶ ký hiệu. Như vậy, các
sóng mang sẽ là ộc lập tuyến tính, hoặc trực giao với nhau, nếu ộ 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 ược giải
quyết bằng cách thêm một thời khoảng bảo vệ Tg, oạn này chính là bản sao của ký hiệu
tích cực trong Tg giây trước (như trên hình 4). Ðoạn thêm vào này thường ược gọi là CP
(cyclic prefix) bởi vì nó làm cho ký hiệu OFDM như là tuần hoàn ối với máy thu. Tín hiệu
thu sau ó sẽ ược xấp xỉ bằng phép chập tuần hoàn giữa tín hiệu phát và áp ứng xung của kênh. - 12 - lOMoAR cPSD| 58833082
Mô phỏng quá trình iều chế OFDM (Matlab/Simulink):
Hình 4. Thêm CP vào ký hiệu OFDM
Chiều dài của dải bảo vệ bị hạn chế nhằm ảm bảo hiệu suất sử dụng dải tần, tuy nhiên, nó
phải dài hơn áp ứng xung của kênh nhằm duy trì tính trực giao giữa các sóng mang con và
loại bỏ ược các loại giao thoa ICI và ISI. Những lợi ích ạt ược 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 iều này, chúng ta có thể thấy rằng nĕng lượng phát sẽ tĕng khi tĕng
chiều dài Tg của CP, trong khi ó thì nĕng lượng tín hiệu thu và lấy mẫu vẫn giữ nguyên.
Nĕng 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 ối của CP sẽ ược 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 ổi Fourier rời rạc (DFT)
Các phương thức ể phân tách các sóng mang trong kỹ thuật OFDM ã ược tìm hiểu và ánh
giá trong suốt quá trình phát triển của nó. Hai phương thức ban ầu sử dụng các bộ lọc ể
phân tách các dải, và ã gặp phải nhiều khó khĕn trong việc thực thi các bộ lọc có dải sườn
dốc. Phương thức thứ ba ược Weinstein và Ebert giới thiệu, là phương thức sử dụng các
biện pháp xử lý ở bĕng gốc, khi ó, cả máy phát và máy thu ều có thể ược thực thi bằng
cách sử dụng phép biến ổi Fourier rời rạc (DFT). - 13 - lOMoAR cPSD| 58833082
Mô phỏng quá trình iều chế OFDM (Matlab/Simulink):
Mỗi sóng mang trong hệ thống OFDM ều có thể ược viết dưới dạng :
trong ó, 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 kǶ thời gian (m-1) < t < m , trong ó  là chu kǶ 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 ó, 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 ược :
Ta chọn N mẫu trên một chu kǶ ký hiệu, sử dụng mối quan hệ  = NT. So sánh phương
trình (9) với dạng tổng quát của phép biến ổi IDFT :
chúng ta thấy rằng, hàm phức xn,m theo biến n chính là ịnh nghƿa của tín hiệu ược 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 ổi DFT và IDFT :
nên phương trình (10) và (11) là tương ương nếu
Ðiều kiện này cǜng giống hệt với yêu cầu về tính trực giao trong biểu thức (5). Như vậy,
ể duy trì tính trực giao, tín hiệu OFDM có thể ược ịnh nghƿa bằng cách sử dụng phép biến ổi Fourier.
Ðây là một ặc iểm rất quan trọng bởi vì 2 lý do sau. Thứ nhất, DFT là một dạng của phép
biến ổi Fourier mà ở ó, tín hiệu ược lấy mẫu và nhờ vậy, chúng trở nên tuần hoàn trong cả
miền thời gian và tần số. Ðiều này giúp tránh ược các vấn ề về lưu trữ, chồng phổ thường
xuất hiện ở các tín hiệu có dải tần vô hạn hoặc không ổi theo thời gian. Phép biến ổi này,
cùng với việc chèn thêm dải bảo vệ nhằm giúp cho mỗi ký hiệu OFDM gần như tuần
hoàn, ã giúp thực hiện phép chập tuần hoàn với hàm truyền ạt của kênh. Ưu iểm thứ hai
của việc ứng dụng DFT là phép biến ổi này có thể ược thực hiện khá ơn giản và rẻ tiền bằng cách sử dụng FFT. - 14 - lOMoAR cPSD| 58833082
Mô phỏng quá trình iều chế OFDM (Matlab/Simulink):
Hình 5. Sơ ồ khối các quá trình iều chế, giải iều chế OFDM sử dụng FFT
Hình (5) là sơ ồ khối của một hệ thống OFDM có sử dụng mã sửa sai, phép IFFT ược sử
dụng ể thực hiện các thao tác iều chế như trong hình (1). Dữ liệu ầu vào sẽ ược ánh xạ
thành các bộ N-phần tử bằng cách sử dụng bất cứ phép iều chế M-trị thông thường nào.
Sau ó, các thành phần thực và ảo sẽ ược tách ra và ược mã hoá chập riêng biệt (thông
thường là mã chập có hệ số tỉ lệ 1/2). Bộ xen rẽ khối có chức nĕng 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 ược phát i qua kênh fading
nhiều ường, ồng thời nó cǜng 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 ổi FFT.
Tín hiệu miền thời gian thu ược sau ó sẽ ược giải xen rẽ, giải mã sửa sai theo thuật toán
Viterbi và cuối cùng ược giải iều chế M-trị ể trở thành luồng dữ liệu ban ầu.
3.Một số ứng dụng của công nghệ OFDM:
Sơ ồ khối OFDM trong hệ thống viễn thông: - 15 - lOMoAR cPSD| 58833082
Mô phỏng quá trình iều chế OFDM (Matlab/Simulink):
Sơ ồ khối hệ thống OFDM cơ bản
Các nơi có ịa hình phức tạp như vùng nông thôn, ngoại ô, các thành phố ông dân cư, vv…
ảnh hưởng lớn ến khả nĕng truy cập không dây bĕng rộng khi triển khai trong thời gian
thực. Một hệ thống truy cập vô tuyến bĕng rộng chắc chắn chính là hệ thống có nhiều tính
nĕng cao và khả nĕng truyền dẫn tốt trong các iều 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 i.
Hãng Alvarion (Israel), ã ứng dụng rất hiệu quả công nghệ này vào một số sản phẩm của
hãng như BreezeAccess OFDM, BreezeACCESS VL,vv… nhằm áp ứng các yêu cầu từ ơn
giản ến chuyên dụng như kết nối mạng Lan, camera giám sát, hệ thống hội nghị truyền
hình.. . Các sản phẩm này ược thiết kế ặc
biệt cho các ứng dụng iểm-iểm, iểm-a iểm trong các iều kiện bị che chắn! .
Sự kết hợp công nghệ modem OFDM và iều chế thích nghi linh hoạt chỉ có trong thị - 16 - lOMoAR cPSD| 58833082
Mô phỏng quá trình iều chế OFDM (Matlab/Simulink):
trường công nghệ truy cập vô tuyến bĕng rộng và là các yếu tố chính tạo nên tính nĕng nổi
trội trong sản phẩm của hãng Alvarion . Các khả nĕng này tập trung chủ yếu trong các kết
nối a iểm trên thời gian thực.
Ứng dụng trong hệ thống camera giám sát không dây
Ứng dụng kết nối mạng Lan theo cấu trúc iểm - iểm hoặc iểm - a iểm
II.Mô phỏng quá trình iều 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 al ; Fd=1; % symbol rate (1Hz)
Fs=1*Fd; % so luong mau moi symbol lOMoAR cPSD| 58833082
Mô phỏng quá trình iều chế OFDM (Matlab/Simulink): - 18 -
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 - 18 - lOMoAR cPSD| 58833082
Mô phỏng quá trình iều chế OFDM (Matlab/Simulink): 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;
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 lOMoAR cPSD| 58833082
Mô phỏng quá trình iều chế OFDM (Matlab/Simulink):
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: - 20 -