++ "THÀNH CÔNG CỦA BẠN SẼ CHẲNG CÓ NGHĨA LÝ GÌ KHI BẠN CHẲNG CÓ AI YÊU THƯƠNG ĐỂ CHIA SẺ! " ++

Thứ Năm, ngày 23 tháng 12 năm 2010

Giới thiệu về kĩ thuật điều chế OFDM trong Viễn Thông

3 nhận xét
Trước hết xem qua về kĩ thuật  đơn sóng mang
Kỹ thuật đơn sóng mang
Các kỹ thuật trải phổ được sử dụng trong các hệ thống thông tin di động thế hệ ba có
khả năng chống lại pha đinh và nhiễu, song tồn tại những yêu cầu không thực hiện được
chẳng hạn: nếu người dùng cần có tốc độ 20 Mbps ở giao diện vô tuyến và hệ số trải phổ
là 128 (giá trị điển hình hiện nay), dẫn đến phải xử lý tốc độ 2,56 Gbps theo thời gian
thực vì thế cần có độ rộng băng tần lớn không thực tế. Mặt khác, thấy rõ
· Do tài nguyên phổ tần hạn hẹp, vì vậy cần phải sử dụng hiệu quả.
· Do những khó khăn liên quan đến hiệu ứng gần xa và có sự tiêu thụ công suất
lớn.
Ngoài ra, các kỹ thuật đơn sóng mang đối phó kém hiệu quả đối với pha đinh và truyền
lan đa đường đặc biệt trong trường hợp tốc độ bit rất cao. Ở các phương pháp điều chế
truyền thống M-QAM, M-PSK…, khi tốc độ dữ liệu truyền cao thì kéo theo độ rộng ký
hiệu sẽ giảm, đến một giá trị mà độ rộng ký hiệu < trải trễ cực đại của kênh, khi đó kênh
sẽ là kênh lựa chọn tần số và gây ISI cho tín hiệu thu. Đây là một nhược điểm chính
khiến các hệ thống sử dụng các phương pháp điều chế truyền thống không thể truyền dữ
liệu với tốc độ cao, hoặc giá thành rất cao đối với những dịch vụ yêu cầu tốc độ dữ liệu
cao
Kỹ thuật đa sóng mang trực giao OFDM
OFDM là một công nghệ cho phép tăng độ rộng ký hiệu truyền dẫn do đó dung sai đa
đường lớn hơn rất nhiều so với các kỹ thuật đã sử dụng trước đây, cho phép khắc phục
những nhược điểm căn bản của kỹ thuật đơn sóng mang.
   Lịch sử phát triển
OFDM là một phương pháp truyền khá phức tạp trên kênh vật lý, nguyên lý cơ bản
của phương pháp là sử dụng kỹ thuật đa sóng mang để truyền một lượng lớn ký
tự tại cùng một thời điểm. Sử dụng kỹ thuật OFDM có rất nhiều ưu điểm, đó là hiệu
quả sử dụng phổ rất cao, khả năng chống giao thoa đa đường tốt (đặc biệt trong hệ
thống không dây) và rất dễ lọc bỏ nhiễu (nếu một kênh tần số bị nhiễu, các tần số lân
cận sẽ bị bỏ qua, không sử dụng). Ngoài ra, tốc độ truyền Uplink và Downlink có thể
thay đổi dễ dàng bằng việc thay đổi số lượng sóng mang sử dụng. Một ưu điểm quan
trọng của hệ thống sử dụng đa sóng mang là các sóng mang riêng có thể hoạt động ở
tốc độ bit nhỏ dẫn đến chu kỳ của ký tự tương ứng sẽ được kéo dài . Ví dụ, nếu muốn
truyền với tốc độ là hàng triệu bit trên giây bằng một kênh đơn, chu kỳ của một bit
phải nhỏ hơn 1 micro giây. Điều này sẽ gây ra khó khăn cho việc đồng bộ và loại bỏ
giao thoa đa đường. Nếu cùng lượng thông tin trên được trải ra cho N sóng mang, chu
kỳ của mỗi bit sẽ được tăng lên N lần, lúc đó việc xử lý vấn đề định thời, đa đường sẽ
đơn giản hơn.
Kỹ thuật OFDM do R.W Chang phát minh năm 1966 ở Mỹ. Trong những thập kỹ vừa
qua nhiều công trình khoa học về kỹ thuật này đã được thực hiện ở khắp nơi trên thế
giới. Đặc biệt là công trình khoa học của Weistein và Ebert đã chứng minh rằng phép
điều chế OFDM có thể thực hiện được thông qua các phép biến đổi IDFT và phép giải
điều chế OFDM có thể thực hiện được bằng phép biến đổi DFT. Vào đầu những năm
80, đội ngũ kỹ sư phòng thí nghiệm CCETT (Centre Commun d'Etudes en
Télédiffusion et Télécommunication) dựa vào các lý thuyết Wienstein và Ebert đã đề
xuất phương pháp điều chế số rất hiệu quả trong lĩnh vực phát thanh truyền hình số, đó
là OFDM (Orthogonal Frequency Divionsion Multiplex). Phát minh này cùng với sự
phát triển của kỹ thuật số làm cho kỹ thuật điều chế OFDM được sử dụng ngày càng
trở nên rộng rãi. Thay vì sử dụng IDFT và DFT 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.
Ngày nay kỹ thuật OFDM còn kết hợp với các phương pháp mã kênh sử dụng trong
thông tin vô tuyến. Các hệ thống này còn được gọi với khái niệm là COFDM (Coded
OFDM). Trong các hệ thống này tín hiệu trước khi được điều chế OFDM sẽ được mã
kênh với các loại mã khác nhau với mục đích chống lại các lỗi đường truyền. Do chất
lượng kênh (độ fading và tỷ lệ tín hiệu trên tạp âm) của mỗi sóng mang phụ là khácnhau, người ta thực hiện điều chế tín hiệu trên mỗi sóng mang với các mức điều chế
khác nhau. Hệ thống này mở ra khái niệm về hệ thống truyền dẫn sử dụng kỹ thuật
OFDM với bộ điều chế tín hiệu thích ứng (adaptive modulation technique). Kỹ thuật
này hiện đã được sử dụng trong hệ thống thông tin máy tính băng rộng HiperLAN/2 ở
Châu Âu. Trên thế giới hệ thống này được chuẩn hóa theo tiêu chuẩn IEEE.802.11a.
Các ưu và nhược điểm
Bên cạnh những ưu điểm kể trên của kỹ thuật OFDM, các hệ thống sử dụng kỹ thuật
này còn có nhiều ưu điểm cơ bản khác liệt kê sau đây:
* Hệ thống OFDM có thể loại bỏ hoàn toàn nhiễu liên ký tự (Intersymbol
Interference- ISI) nếu độ dài chuỗi bảo vệ (Guard interval length) lớn hơn trễ
truyền dẫn lớn nhất của kênh.
* 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.
* Hệ thống có cấu trúc bộ thu đơn giản.
Bên cạnh đó, kỹ thuật OFDM cũng có một vài nhược điểm cơ bản đó là:
* Một trong những vấn đề của OFDM là nó có công suất đỉnh cao hơn so với
công suất trung bình. Khi tín hiệu OFDM được điều chế RF, sự thay đổi này diễn
ra tương tự đối với biên độ sóng mang, sau đó tín hiệu được truyền đi trên môi
trường tuyến tính, tuy nhiên độ tuyến tính rất khó giữ khi điều chế ở công suất
cao, do vậy méo dạng tín hiệu kiểu này hay diễn ra trên bộ khuyếch đại công suất
của bộ phát. Bộ thu thiết kế không tốt có thể gây méo dạng trầm trọng hơn. Méo
dạng gây ra hầu hết các vấn đề như trải phổ, gây ra nhiễu giữa các hệ thống khi
truyền trên các tần số RF kề nhau.
* Việc sử dụng chuỗi bảo vệ có thể tránh được nhiễu ISI nhưng lại làm giảm đi
một phần hiệu suất đường truyền, do bản thân chuỗi bảo vệ không mang thông tin
có ích.
* Do yêu cầu về điều kiện trực giao giữa các sóng mang phụ, hệ thống OFDM rất
nhạy cảm với hiệu ứng Doppler cũng như là sự dịch tần (frequency offset) và
dịch thời gian (time offset) do sai số đồng bộ.
- Ảnh hưởng của sự sai lệch thời gian đồng bộ: OFDM có khả năng chịu đựng tốt
các sai số về thời gian nhờ các khoảng bảo vệ giữa các symbol. Với một kênh
truyền không có delay do hiệu ứng đa đường, time offet có thể bằng khoảng bảovệ mà không mất đi tính trực giao, chỉ gây ra sự xoay pha của các sóng mang con
mà thôi. Nếu lỗi time offset lớn hơn khoảng bảo vệ thì hoạt động của hệ thống
suy giảm nhanh chóng. Nguyên nhân là do các symbol trước khi đến bộ FFT sẽ
bao gồm một phần nội dung của các symbol khác, dẫn đến ISI (Inter-Symbol
Interference).
- Ảnh hưởng của sự sai lệch đồng bộ tần số: Một trong những vấn đề lớn của
OFDM là nó dễ bị ảnh hưởng bởi offset về tần số. Giải điều chế tín hiệu OFDM
có thể gây ra sai về tốc độ bit. Điều này làm cho tính trực giao giữa các
subcarrier bị mất đi (kết quả của ICI và sự xoay pha không sửa chữa được ở bộ
thu).
Sai số về tần số diễn ra chủ yếu theo 2 nguồn chính: lỗi của bộ dao động và hiệu ứng
Doppler. Bất kỳ một sự bất đồng bộ nào giữa bộ phát và bộ thu đều có thể gây ra offset
về tần số. Offset này có thể được bù bằng cách dùng bộ bám tần số, tuy nhiên chỉ khắc
phục mà thôi, hoạt động của hệ thống vẫn bị ảnh hưởng.
Sự di chuyển tương đối giữa bộ thu và bộ phát gây ra dịch chuyển Doppler của tín
hiệu. Điều này có thể hiểu là sự offset tần số trong môi trường truyền tự do, nó có thể
khắc phục bằng một bộ bù tại bộ dao động. Một vần đề quan trọng của hiệu ứng
Doppler là trải Doppler, nó gây nên bởi sự di chuyển giữa bộ phát và bộ thu trong môi
trường đa đường. Trải Doppler gây nên bởi vận tốc tương đối giữa các thành phần tín
hiệu phản xạ lại, tạo ra quá trình "điều chế tần số" cho tín hiệu. Quá trình này diễn ra
ngẫu nhiên trên các subcarrier do trong môi trường bình thường, một lượng lớn phản
xạ đa đường xảy ra. Trải Doppler khó được bù và làm suy giảm chất lượng tín hiệu.
Ngày nay OFDM đã được tiêu chuẩn hóa là phương pháp điều chế cho các hệ thống
phát thanh số DAB và DRM, truyền hình mặt đất DVB-T, mạng máy tính không dây
tốc độ cao HiperLAN/2...
Sự ứng dụng của kỹ thuật OFDM ở Việt Nam
Có thể nói mạng internet băng rộng ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line) rất
quen thuộc ở Việt Nam, nhưng ít người biết rằng sự nâng cao tốc độ đường truyền
trong hệ thống ADSL chính là nhờ công nghệ OFDM. Nhờ kỹ thuật điều chế đa sóng
mang và sự cho phép chồng phổ giữa các sóng mang mà tốc độ truyền dẫn trong hệ
thống ADSL tăng lên một cách đáng kể so với các mạng cung cấp dịch vụ internet
thông thường.
Bên cạnh mạng cung cấp dịch vụ ADSL hiện đang được sử dụng rất rộng rãi ở Việt
Nam hiện nay, các hệ thống thông tin vô tuyến như mạng truyền hình số mặt đất DVBT
cũng đang được khai thác sử dụng. Các hệ thống phát thanh số như DAB và DRM
chắc chắn sẽ được khai thác sử dụng trong một tương lai không xa. Các mạng về thông tin máy tính không dây như HiperLAN/2, IEEE 802.11a, g cũng sẽ được khai thác một
cách rộng rãi ở Việt Nam.
Các hướng phát triển trong tương lai
Kỹ thuật OFDM hiện được đề cử làm phương pháp điều chế sử dụng trong mạng
thông tin thành thị băng rộng Wimax theo tiêu chuẩn IEEE 802.16a và hệ thống thông
tin di động thế hệ thứ tư. Trong hệ thống thông tin di động thế hệ thứ tư, kỹ thuật
OFDM còn có thể kết hợp với các kỹ thuật khác như kỹ thuật đa anten phát và thu
(MIMO technique) nhằm nâng cao dung lượng kênh vô tuyến và kết hợp với công
nghệ CDMA nhằm phục vụ dịch vụ đa truy cập của mạng. Một vài hướng nghiên cứu
với mục đích thay đổi phép biến đổi FFT trong bộ điều chế OFDM bằng phép biến đổi
Wavelet nhằm cải thiện sự nhạy cảm của hệ thống đối với hiệu ứng dịch tần do mất
đồng bộ gây ra và giảm độ dài tối thiểu của chuỗi bảo vệ trong hệ thống OFDM. Tuy
nhiên khả năng ứng dụng của công nghệ này cần phải được kiểm chứng cụ thể hơn
nữa trong tương lai.
Các cột mốc và ứng dụng quan trọng của OFDM
1957: Kineplex, multi-carrier HF modem
1966: Chang, Bell Labs: thuyết trình và đưa ra mô hình OFDM
1971: Weinstein & Ebert đề nghị sử dụng FFT và khoảng bảo vệ
1985: Cimini mô tả ứng dụng của OFDM trong thông tin di động
1987: Alard & Lasalle: áp dụng OFDM cho digital broadcasting
1995: Chuẩn ETSI DAB: chuẩn OFDM cơ bản đầu tiên
1997: Chuẩn ETSI DVB-T
1998: Dự án Magic WAND trình diễn OFDM modems cho mạng WLAN
1999: Chuẩn IEEE 802.11a và ETSI BRAN HiperLAN/2 cho Wireless LAN
2000: Được dùng trong truy cập vô tuyến cố định (V-OFDM, Flash-OFDM)
2001: OFDM được đề cử cho những chuẩn mới 802.11 và 802.16
2002: Được dùng trong chuẩn IEEE 802.11g chuẩn cho WLAN
2003: OFDM được đề cử cho UWB (802.15.3a)
2004: Được dùng trong chuẩn IEEE 802.16-2004 chuẩn cho mạng WMAN
(WiMAX)
Được dùng trong chuẩn Chuẩn ETSI DVB-H
Được đề cử cho chuẩn IEEE 802.15.3a, mạng WPAN (MB-OFDM)
Được đề cử cho chuẩn IEEE 802.11n, thế hệ kế tiếp của mạng WLAN
2005: Được đề cử cho chuẩn di động tế bào 3.75G (3GPP & 3GPP2)
Được đề cử cho chuẩn 4G (CJK)

So sánh một số kĩ thuật OFDM
Sự khác nhau giữa OFDM và OFDMA ở hình dưới đây

Kỹ thuật đa truy nhập phân chia theo tần số trực giao OFDMA chia băng tần thành các băng con, mỗi băng con là một sóng mang con. Khác với OFDM, trong OFDMA mỗi trạm thuê bao không sử dụng toàn bộ không gian sóng mang con mà không gian sóng mang con được chia cho nhiều thuê bao cùng sử dụng một lúc. Mỗi trạm thuê bao sẽ được cấp một hoặc vài sóng mang con gọi là kênh con hoá.
Khi các trạm thuê bao không sử dụng hết không gian sóng mang con thì tất cả công suất phát của trạm gốc sẽ chỉ tập trung vào số sóng mang con được sử dụng. Trong quá trình truyền dẫn mỗi trạm thuê bao được cấp phát một kênh con riêng.
OFDMA là  kỹ thuật đa truy cập vào kênh truyền OFDM ,một dạng cải tiến của OFDM

Sự khác nhau giữa OFDMA và SOFDMA:
Thật ra thì SOFDMA cũng là OFDMA chỉ khác nhau đó là trong SOFDMA thì kích thướng FFT có thể thay đổi tuỳ theo độ rộng băng tần nhưng khoảng cách giữa các sóng mang con là không đổi 10.94KHz. Còn trong OFDMA có kích thước FFT cố định là 2048.
Như vậy trong SOFDMA, độ rộng phổ của các băng con là như nhau trong các hệ thống khác nhau, giúp quá trình chuyển giao thuận lợi hơn. Ngoài ra việc tương thích giữa các hệ thống sẽ làm giảm chi phí thiết kế, xây dựng mạng.


3 nhận xét:

Nặc danh nói...
06:49 Ngày 14 tháng 05 năm 2013

Hey I know this is off topic but I was wondering if you knew of any widgets I could add to my
blog that automatically tweet my newest twitter updates.
I've been looking for a plug-in like this for quite some time and was hoping maybe you would have some experience with something like this. Please let me know if you run into anything. I truly enjoy reading your blog and I look forward to your new updates.

Also visit my web-site: appliance repair Tampa Florida free estimates

Nặc danh nói...
09:23 Ngày 15 tháng 05 năm 2013

Wow that was strange. I just wrote an extremely long comment but after I clicked submit my comment didn't appear. Grrrr... well I'm not writing all that over again.
Anyways, just wanted to say fantastic blog!

Look into my homepage subzero refrigerator & appliance repair Clearwater FL

Nặc danh nói...
13:25 Ngày 15 tháng 05 năm 2013

Very rapidly this website will be famous among all blogging
users, due to it's good posts

My web-site: appliance repair Dunedin FL

Đăng nhận xét

» Cảm ơn bạn đã ghé qua blog và đọc bài viết.
» Nếu có thắc mắc hay góp ý, bạn hãy để lại một nhận xét.
» Nếu thấy bài viết hay hãy chia sẻ với những người quanh bạn.
» Rất cảm ơn những comment thiện ý.