Nghiên cứu ứng dụng OFDM trong công nghệ truyền hình di động t DMB

LINK DOWNLOAD MIỄN PHÍ TÀI LIỆU "Nghiên cứu ứng dụng OFDM trong công nghệ truyền hình di động t DMB": http://123doc.vn/document/1040708-nghien-cuu-ung-dung-ofdm-trong-cong-nghe-truyen-hinh-di-dong-t-dmb.htm

1

LỜI NÓI ĐẦU

1- LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI:
Ngày nay, nhu cầu truyền thông không dây ngày
càng tăng, đặc biệt là đối với các hệ thống thông tin di
động, truyền thanh, truyền hình do tính linh hoạt, mềm
dẻo, di động và tiện lợi của nó. Các hệ thống thông tin vô
tuyến hiện tại và tương lai ngày càng đòi hỏi có dung
lượng cao hơn, độ tin cậy tốt hơn, sử dụng băng thông
hiệu quả hơn, khả năng kháng nhiễu tốt hơn.
Trong những năm gần đây, kỹ thuật thông tin vô
tuyến đã có những bước tiến triển vượt bậc. Sự phát triển
nhanh chóng của công nghệ video, thoại, các loại hình
truyền số liệu, thiết bị di động ngày càng phát triển và
nhiều tiện ích nhu cầu về truyền thông đa phương tiện
ngày một cao. Việc nghiên cứu và phát triển đang diễn ra
trên toàn cầu để đưa ra các giải pháp kế tiếp đáp ứng yêu
cầu của hệ thống truyền thông đa phương tiện không dây
để tạo nên “làng thông tin toàn cầu”.
Công nghệ truyền hình không đơn thuần là đường
truyền một chiều như trước. Đến nay, nhu cầu sử dụng
2

dịch vụ truyền hình tương tác của người dùng ngày một
cao, đồng thời các nhà cung cấp cũng từ bước xây dựng hệ
thống truyền hình trả tiền từ đó yêu cầu nâng cao chất
lượng cũng như đa dạng hóa dịch vụ ngày càng trở lên cấp
thiết.
Trong bối cảnh đó, việc phát triển các hệ thống với
nhiều dịch vụ tích hợp, băng thông lớn, tiết kiệm phổ tần
và có hiệu năng hệ thống cao là bài toán được đặt ra và
không ngừng có những lời giải thích xác đáng hơn. Chúng
ta đã đi từ thế hệ thông tin di động thứ nhất đến nay, thế
hệ thông tin di động thứ 3, thứ 4 đã phổ biến tại nhiều
quốc gia, đặc biệt ở Việt Nam với sự bùng nôt của Công
nghệ thông tin và Viễn thông.
Với những hệ thống có khả năng tích hợp cao như
vậy, công nghệ truyền dẫn đơn sóng mang trở lên lỗi thời
và không đáp ứng được các yêu cầu cao về tốc độ cũng
như chất lượng dịch vụ.
Để thực thi những hệ thống này, cần thiết phải phát
triển những hệ thống băng rộng, khả năng thích nghi cao
với những điều kiện đường truyền đa dạng, đồng thời xác
định phổ tần là một tài nguyên vô cùng quan trọng trong
3

thông tin vô tuyến. Do đó, một giải pháp được đưa ra là
việc sử dụng kỹ thuật trải phổ và ghép kênh phân chia
theo tần số trực giao (OFDM là viết tắt của Orthogonal
frequency-division multiplexing) vào truyền thông vô
tuyến, góp phần tạo nên hệ thống thông tin vô tuyến hoàn
thiện hơn. OFDM là giải pháp công nghệ khắc phục
nhược điểm về về hiệu quả sử dụng phổ tần thấp của các
hệ thống thông tin di động trước đây. OFDM sử dụng kỹ
thuật tạo ra các sóng mang con trực giao để truyền dữ liệu,
giúp cho việc sử dụng băng tần kênh tối ưu.
Kỹ thuật OFDM được đưa vào các ứng dụng trong
thực tế đã và đang đóng góp rất lớn vào sự phát triển bùng
nổ của Công nghệ thông tin và Viễn thông tại Việt Nam.
Đầu tiên có thể kể đến sự phát triển mạnh mẽ của các
mạng truyền dẫn hữu tuyến ADSL từ đó đưa ra dịch vụ
Internet tốc độ cao với giá cả hợp lý. Đặc biệt việc ứng
dụng OFDM vào các hệ thống mạng không dây như
WLAN, WIMAX làm thay đổi cuộc sống của chúng ta
trong việc giao tiếp với Internet, truyền dữ liệu
Trong lĩnh vực quảng bá, truyền hình tương tự đang
dần được thay thế bằng các hệ thống truyền hình số. Theo
4

lộ trình số hóa của Việt Nam, đến năm 2020 chúng ta sẽ
hoàn thành chuyển đổi sang truyền hình số. Rõ ràng
những ưu việt của truyền hình số so với truyền hình tương
tự đã được chúng ta nhận thấy qua quá trình sử dụng.
Tương tự vậy, các hệ thống truyền thanh quảng bá cũng có
xu hướng chuyển sang truyền thanh số nhằm thêm các
dịch vụ gia tăng cũng như cải tiến chất lượng. về mặt lợi
ích quảng bá số mang lại lợi ích to lớn về mặt phổ tần và
kinh tế.
Với những lý do nêu trên, trong giới hạn của luận
văn này tôi sẽ trình bày về kỹ thuật OFDM và nghiên cứu
ứng dụng nó vào công nghệ truyền hình số T-DMB đã và
đang được triển khai trên thế giới và cả ở Việt Nam.
2- MỤC ĐÍCH, ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI
NGHIÊN CỨU:
a. Mục đích nghiên cứu:
Nghiên cứu lý thuyết về kỹ thuật trải phổ và ghép
kênh phân chia theo tần số trực giao (OFDM), các thông
số liên quan từ đó chỉ ra những ưu điểm, nhược điểm của
kỹ thuật này. Áp dụng kỹ thuật OFDM vào ứng dụng
trong truyền hình di động công nghệ T-DMB. Từ đó đưa
5

ra những kết luận, đề xuất hướng nghiên cứu tiếp theo và
là căn cứ thực tiễn cho các nhà cung cấp dịch vụ truyền
hình lựa chọn công nghệ phát triển trong tương lai.
b. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:
Với mục đích nghiên cứu như trên, luận văn tập
trung vào việc nghiên cứu về kỹ thuật OFDM chỉ rõ các
thông số liên quan, các thuật toán áp dụng, đưa ra các ưu
nhược điểm khi áp dụng kỹ thuật OFDM. Từ kết quả
nghiên cứu đó đem áp dụng vào lĩnh vực truyền hình di
động công nghệ T-DMB. Luận văn giới thiệu tổng quan
về kỹ thuật OFDM, các phương thức điều chế, chỉ ra các
vấn đề kỹ thuật liên quan trong hệ thống OFDM trong
chương 1, Công nghệ truyền hình T-DMB và ứng dụng kỹ
thuật OFDM vào trong lĩnh vực truyền hình di động công
nghệ T-DMB sẽ được trình bày trong chương 2.
3- PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU:
- Sử dụng các tài liệu về lý thuyết kinh điển làm cơ
sở lý luận.
- Tìm kiếm tài liệu và cập nhật thông tin trên mạng
Internet.
6

- Nghiên cứu và tìm hiểu về kỹ thuật OFDM và áp
dụng kỹ thuật này trong lĩnh vực truyền hình di động
công nghệ T-DMB.
NỘI DUNG
Chương1: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ
OFDM
1.1 Giới thiệu chương
Chương này sẽ giới thiệu về các khái niệm, nguyên
lý cũng như thuật toán của OFDM. Các nguyên lý cơ bản
của OFDM, mô tả toán học, kỹ thuật đơn sóng mang, đa
sóng mang và các kỹ thuật điều chế trong OFDM. Bên
cạnh đó lịch sử phát triển, các ứng dụng và ưu nhược điểm
của hệ thống OFDM cũng được đưa ra ở đây. Tuy nhiên,
do giới hạn của luận văn nên chưa đi sâu phân tích kỹ hơn
về các thuật toán cũng như các vấn đề kỹ thuật trong hệ
thống OFDM (về đồng bộ, các vấn đề về đồng bộ, cân
bằng kênh ).

Nguyên lý cơ bản của OFDM
7

Nguyên lý cơ bản của OFDM là chia một luồng dữ
liệu tốc độ cao thành các luồng dữ liệu tốc độ thấp hơn và
phát đồng thời trên một số các sóng mang con trực giao.
Vì khoảng thời gian symbol tăng lên cho các sóng mang
con song song tốc độ thấp hơn, cho nên lượng nhiễu gây
ra do độ trải trễ đa đường được giảm xuống. Nhiễu xuyên
ký tự ISI được hạn chế hầu như hoàn toàn do việc đưa vào
một khoảng thời gian bảo vệ trong mỗi symbol OFDM.
Trong khoảng thời gian bảo vệ, mỗi symbol OFDM được
bảo vệ theo chu kỳ để tránh nhiễu giữa các sóng mang
ICI.

Hình 1.1: Kỹ thuật đa sóng mang không chồng xung (a) và
kỹ thuật sóng mang chồng xung (b).

Về bản chất, OFDM là một trường hợp đặc biệt của
phương thức phát đa sóng mang theo nguyên lý chia dòng
dữ liệu tốc độ cao thành tốc độ thấp hơn và phát đồng thời
8

trên một số sóng mang được phân bổ một cách trực giao.
Nhờ thực hiện biến đổi chuỗi dữ liệu từ nối tiếp sang song
song nên thời gian symbol tăng lên. Do đó, sự phân tán
theo thời gian gây bởi trải rộng trễ do truyền dẫn đa đường
(multipath) giảm xuống.

Hình 1.2: Sơ đồ hệ thống OFDM

Qua bản chất của OFDM, ta có thể tóm tắt những
ưu điểm và nhược điểm của OFDM như sau:
1.7.1 Ưu điểm
- OFDM tăng hiệu suất sử dụng bằng cách cho
phép chồng lấp những sóng mang con.
- Hệ thống OFDM có thể loại bỏ hoàn toàn nhiễu
liên ký tự (Intersymbol Interference - ISI) nếu độ dài
9

chuỗi bảo vệ (Guard interval length) lớn hơn trễ
truyền dẫn lớn nhất của kênh bằng cách chèn thêm vào
một khoảng thời gian bảo vệ trước mỗi symbol.
- Phù hợp cho việc thiết kế hệ thống truyền dẫn
băng rộng ( hệ thống có tốc độ truyền dẫn cao), do ảnh
hưởng của sự phân tập về tần số (frequency selectivity)
đối với chất lượng hệ thống được giảm nhiều so với hệ
thống truyền dẫn đơn sóng mang.
- Bằng cách chia kênh thông tin ra thành nhiều
kênh con fading phẳng băng hẹp, các hệ thống OFDM
chịu đựng fading lựa chọn tần số tốt hơn những hệ thống
sóng mang đơn.
- Sử dụng việc chèn 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.
- Kỹ thuật cân bằng kênh trở nên đơn giản hơn kỹ
thuật cân bằng kênh thích ứng được sử dụng trong những
hệ thống đơn sóng mang.
- Sử dụng kỹ thuật DFT để bổ sung vào các chức
năng điều chế và giải điều chế làm giảm chức năng phức
tạp của OFDM.
10

- Các phương pháp điều chế vi sai (differental
modulation) giúp tránh yêu cầu vào bổ sung bộ giám sát
kênh.
- OFDM ít bị ảnh hưởng với khoảng thời gian lấy
mẫu (sample timing offsets) hơn so với hệ thống đơn sóng
mang.
- OFDM chịu đựng tốt nhiễu xung với và nhiễu
xuyên kênh kết hợp.
- Hệ thống có cấu trúc bộ thu đơn giản.
1.7.2 Nhược điểm
- Symbol OFDM bị nhiễu biên độ với một khoảng
động lớn. Vì tất cả các hệ thống thông tin thực tế đều bị
giới hạn công suất, tỷ số PARR cao là một bất lợi nghiêm
trọng của OFDM nếu dùng bộ khuếch đại công suất hoạt
động ở miền bão hòa đều khuếch đại tín hiệu OFDM. Nếu
tín hiệu OFDM tỷ số PARR lớn hơn thì sẽ gây nên nhiễu
xuyên điều chế. Điều này cũng sẽ tăng độ phức tạp của
các bộ biến đổi từ 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.