LỜI MỞ ĐẦU

Em xin chân thành cảm ơn nhà trường đã tạo điều kiện, cám ơn sự dạy bảo tận tình của các thầy cô trong khoa Điện Tử Viễn Thông cũng như các thầy cô khác trong trường Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng, đã giúp em hoàn thành đồ án tốt nghiệp này.

Đặc biệt, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy giáo Nguyễn Duy Nhật Viễn, người hướng dẫn của em và cô giáo Hoàng Lê Uyên Thục, đã tận tình chỉ bảo để cho em hoàn thành tốt đồ án này.

Để có được kết quả như ngày hôm nay, em rất biết ơn gia đình đã động viên khích lệ, tạo mọi điều kiện nhất trong quá trình học tập, cũng như quá trình thực hiện đồ án tốt nghiệp này.

Mặc dù em đã có nhiều cố gắng nhưng chắc chắn đồ án còn nhiều thiếu sót, em rất mong nhận được sự chỉ bảo của thầy cô cùng các bạn.

Đà Nẵng, ngày 02 tháng 06 năm 2008

Sinh viên

Lê Thị Bảo Quyên

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN 1

LỜI MỞ ĐẦU 2

MỤC LỤC 3

CÁC TỪ VIẾT TẮT 6

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU 11

1.1 Giới thiệu chung 11

1.2 Mục đích của đồ án 11

1.3 Bố cục của đồ án 11

CHƯƠNG 2 KỸ THUẬT OFDM 13

2.1 Giới thiệu chương 13

2.2 Khái niệm OFDM 13

2.3 So sánh FDM và OFDM 14

2.4 Tính trực giao 15

2.5 Cấu trúc OFDM 16

2.6 Sơ đồ khối của hệ thống OFDM 18

2.6.1 Bộ chuyển đổi nối tiếp song song 19

2.6.2 Mã hóa kênh và sắp xếp (Coding & Mapping) trong hệ thống OFDM 19

2.6.2.1 Mã hóa kênh 19

2.6.2.2 Ánh xạ (mapping) 20

2.6.3 Ứng dụng kĩ thuật IFT/FFT trong OFDM 21

2.6.4 Tiền tố lặp CP (Cyclic Prefix) 22

2.6.5 Điều chế RF 23

2.7 Đồng bộ 24

2.7.1 Đồng bộ kí tự 24

2.7.2 Đồng bộ tần số sóng mang 25

2.7.3 Đồng bộ tần số lấy mẫu. 26

2.8 Ưu nhược điểm của hệ thống OFDM 27

2.8.1 Ưu điểm 27

2.8.2 Nhược điểm 27

2.9 OFDM trong hệ thống 29

2.10 Các bước thiết lập một hệ thống OFDM 30

2.11 Một số ứng dụng của OFDM 31

2.12 Mô phỏng 32

2.13 Kết luận chương 35

CHƯƠNG 3 LÝ THUYẾT VỀ KÊNH TRUYỀN 36

3.1 Giới thiệu chương 36

3.2 Đặc tính chung của kênh truyền tín hiệu OFDM 36

3.3 Khái niệm kênh truyền dẫn phân tập đa đường 36

3.4 Đáp ứng xung của kênh phụ thuộc thời gian (time_invariant channel impulse) 37

3.4.1 Khái niệm về kênh không phụ thuộc thời gian: 37

3.4.2 Khái niệm về đáp ứng xung của kênh (channel impulse response) 38

3.5 Hàm truyền đạt của kênh không phụ thuộc thời gian (time-invariant channel transfer function) 39

3.6 Bề rộng độ ổn định về tần số của kênh (coherence bandwidth of the channel) 39

3.7 Hiệu ứng Doppler 40

3.8 Kênh phụ thuộc thời gian 40

3.9 Bề rộng độ ổn định về thời gian của kênh (coherence duration of the channel) 41

3.10 Các mô hình kênh cơ bản 42

3.10.1 Kênh theo phân bố Rayleigh 42

3.10.2 Kênh theo phân bố Rice 43

3.11 Quan hệ giữa tín hiệu phát, tín hiệu thu và mô hình của kênh 43

3.11.1 Tín hiệu phát là hàm xác định 43

3.11.2 Tín hiệu phát là một hàm xác suất 44

3.11.3 Mối liên hệ giữa hàm tương quan chéo của các tín hiệu vào và ra của kênh 44

3.11.4 Mối liên hệ giữa hàm tương quan của các tín hiệu vào và ra của kênh 44

3.12 Kênh truyền dẫn trong môi trường nhiễu trắng 45

3.12.1 Khái niệm về nhiễu trắng 45

3.12.2 Các phép biểu diễn toán học của nhiễu trắng 46

3.12.3 Phổ công suất của nhiễu trắng có băng tần giới hạn 47

3.12.4 Ảnh hưởng của AWGN đến hệ thống OFDM 48

3.13 Nhiễu xuyên kí tự ISI 49

3.14 Nhiễu ICI (Inter-carrier interference) 49

3.15 Dung lượng kênh vô tuyến 50

3.15.1 Lý thuyết về dung lượng kênh số của Shannon 50

3.15.2 Thông lượng kênh tương tự có băng tần giới hạn 51

3.16 Kết luận chương 51

CHƯƠNG 4 ƯỚC LƯỢNG KÊNH TRUYỀN TRONG HỆ THỐNG OFDM 52

4.1 Giới thiệu chương 52

4.2 Ước lượng 1D 53

4.2.1 Phương pháp ước lượng bình phương ít nhất (least squares estimation) 53

4.2.2 LMMSE (least minimum mean square error) 57

4.4 Ước lượng thích nghi 62

4.5 Nội suy 62

4.5.1 Nội suy trong miền tần số 63

4.5.2 Phương pháp nội suy trong miền thời gian. 63

4.6 Mô phỏng 64

4.6.1 Giới thiệu 64

4.6.2 Kênh truyền 65

4.6.3 Tiến trình mô phỏng 65

4.6.4 Lưu đồ thuật toán 67

4.6.5 Kết quả mô phỏng 68

4.7 Kết luận chương 71

CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI. 72

5.1 Kết luận 72

5.2 Hướng phát triển của đề tài 73

Tài liệu thao khảo 74

PHẦN PHỤ LỤC 76

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU

1.1 Giới thiệu chung

Ghép kênh phân chia theo tần số trực giao là một kĩ thuật truyền mà trong đó tập hợp những sóng mang trực giao với nhau rồi truyền đồng thời. Ứng dụng kĩ thuật OFDM, ta có khả năng truyền thông tin tốc độ cao, sử dụng băng thông hiệu quả, chống được nhiễu liên kí tự ISI, nhiễu liên sóng mang ICI, chống được fading chọn lọc tần số. Kĩ thuật OFDM được biết đến cách đây khoảng 40 năm nhưng mà nó mới được ứng dụng rộng rãi những năm gần đây. Những sản phẩm ứng dụng kĩ thuật OFDM có thể kể đến WIMAX (Worlwide interoperationability for Microwaves Access), WLAN (Wireless Local Area Network) 802.11, x-DSL (x-Digital Subcriber Line) và DVT (Digital Video Broadcasting).

OFDM là một ứng cử viên sáng giá cho các hệ thống thông tin tốc độ cao, do đó ngày càng có nhiều hệ thống thông tin ứng dụng kĩ thuật OFDM. Việc ước lượng kênh truyền đóng vai trò quan trọng trong các hệ thông thông tin nói chung và hệ thống OFDM nói riêng. Với niềm đam mê trong lĩnh vực DSP, cùng với ham muốn tìm hiểu kĩ thuật OFDM, em đã chọn đề tài nghiên cứu này cho đồ án tốt nghiệp của mình.

1.2 Mục đích của đồ án

Đồ án tìm hiểu về kỹ thuật ước lượng kênh truyền trong hệ thống OFDM. Trong đó, đồ án tập trung nghiên cứu hai loại ước lượng tương đối đơn giản là MMSE và LS, so sánh 2 phương pháp ước lượng kênh lỗi bình phương trung bình nhỏ nhất (MMSE) và bình phương ít nhất (LS) cũng như tác động của các loại nhiễu và các hiện tượng đa đường đến hệ thống thông tin.

1.3 Bố cục của đồ án

Đồ án chia làm 5 chương :

Chương 1 : Giới thiệu khái quát đồ án

Chương 2 : Trong chương này sẽ lần lượt trình bày về các khái niệm cơ bản trong OFDM, sự khác nhau giữa OFDM và FDM, tính trực giao, cấu trúc OFDM, sơ đồ khối hệ thống OFDM, vấn đề đồng bộ trong OFDM, ưu nhược điểm của hệ thống OFDM, kỹ thuật điều chế sử dụng trong OFDM. Phần còn lại của chương sẽ trình bày các bước thiết kế hệ thống OFDM và các kết quả mô phỏng

Chương 3 : Trong chương này sẽ lần lượt trình bày về các khái niệm cơ bản trong kênh truyền vô tuyến, khái niệm kênh truyền dẫn phân tập đa đường, đáp ứng xung của kênh không phụ thuộc thời gian và kênh phụ thuộc thời gian, các mô hình kênh cơ bản, quan hệ giữa tín hiệu phát, tín hiệu thu và mô hình kênh, kênh truyền dẫn trong môi trường nhiễu trắng và một số kết quả mô phỏng. Ngoài ra vấn đề về dung lượng kênh vô tuyến cũng được đề cập đến.

Chương 4 : Trong chương này sẽ trình bày về kĩ thuật ước lượng kênh truyền trong hệ thống OFDM , trong đó đi sâu vào hai phương pháp ước lượng kênh lỗi bình phương trung bình nhỏ nhất ( MMSE ) và bình phương ít nhất ( LS ).

Chương 5 : Kết luận và hướng phát triển đề tài trong tương lai