LỜI MỞ ĐẦU

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. Ý tưởng chính của 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 con khác nhau – các sóng mang này trực giao nhau. Vì thế nó có ưu điểm trong tiết kiệm băng tần và khả năng chống lại pha đinh chọn lọc theo tần số cũng như xuyên nhiễu băng hẹp.

Cùng với sự tiến bộ của công nghệ tích hợp điện tử, OFDM đã được ứng dụng rộng rãi trong các hệ thống thông tin vô tuyến thế hệ mới, tiêu biểu là hệ thống DVB- T (1995), chuẩn IEEE 802.11a (1999), HIPERLAN II (2000), ITSI, MMAC, chuẩn IEEE 802.11g... và là ứng cử viên có triển vọng nhất cho thế hệ thông tin 4G

Bên cạnh những ưu điểm nổi bật, nó vẫn tồn tại những nhược điểm nhất định. Nhược điểm chính của OFDM là tỷ số giữa công suất đỉnh và công suất trung bình (PAPR: Peak to Average Power Ratio) khá lớn. PAPR lớn do OFDM sử dụng nhiều sóng mang để truyền thông tin, giá trị cực đại của ký tự trên một sóng mang có thể vượt xa mức trung bình trên toàn bộ sóng mang. Vì vậy, sẽ làm tăng sự phức tạp các bộ chuyển đổi A/D đồng thời làm giảm đi hiệu suất của bộ khuếch đại vô tuyến (RF)Yêu cầu giảm PAPR trong OFDM là rất lớn. Đề tài “ Các phương pháp giảm tỷ số công suất đỉnh trên trung bình trong OFDM” sẽ đề cập đến một số cách làm giảm thiểu PAPR. Mục tiêu chính của đề tài là giảm PAPR bằng luật u – luật tiếng nén tiếng nói được rộng rãi sử dụng ở US và Nhật.

Bài luận văn gồm 7 chương:

Chương 1: Tổng quan về kỹ thuật OFDM. Chương này sẽ trình bày một cách tổng quát về OFDM cũng như các ưu nhược điểm và khả năng ứng dụng của nó.

Chương 2: Lý thuyết về kỹ thuật OFDM bao gồm nguyên lý cơ bản của OFDM, cấu trúc OFDM, mô hình hệ thống OFDM, tác động của kênh truyền lên OFDM, vấn đềđồng bộ trong OFDM, và khái niệm tỷ số công suất đỉnh trên trung bình (PAPR) của tín hiệu OFDM – vấn đề quan tâm của đề tài

Chương 3: Các phương pháp giảm PAPR trong OFDM. Chương sẽ giới thiệu các thuật toán làm giảm PAPR như : phương pháp xén, phương pháp compading, phương pháp mã hóa, phương pháp hoán vị,…

Chương 4:Mô phỏng trên Matlab Simulink phương pháp giảm PAPR cho OFDM bằng phương pháp companding. Đây là nội dung chính của đề tài. Thiết kế mô phỏng hệ thống OFDM và dùng luật u để làm giảm PAPR.

Chương 5: Kết quả mô phỏng

Chương 6:Thực hiện bộ giảm PAPR cho OFDM trên phần cứng

Chương 7: Kết luận và hướng phát triển của đề tài

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT OFDM ....... 11

1.1 Lịch sử phát triển ..... 11

1.2 Các ưu điểm và nhược điểm của OFDM:... 11

1.2.1 Ưu điểm ..... 11

1.2.1 Ưu điểm ..... 11

1.2.2 Nhược điểm ...... 12

1.3 Ứng dụng của kỹ thuật OFDM: .... 12

1.3.1 Ứng dụng của kỹ thuật OFDM tại Việt Nam . 14

1.3.2 Hướng phát triển trong tương lai .. 14

CHƯƠNG 2 LÝ THUYẾT VỀ KỸ THUẬT OFDM . 15

2.1 Nguyên lý của OFDM: ... 15

2.2 Mô tả toán học của tín hiệu OFDM ..... 16

2.2.1 Biểu thức toán học của tín hiệu OFDM...... 16

2.3.2 Tính trực giao ... 16

2.3 Khoảng bảo vệ GI ( Guard Interval )... 18

2.4 Hệ thống OFDM ...... 19

2.4.1 Tại phía phát ..... 19

2.4.2 Tại phía thu 20

2.5 Ảnh hưởng của kênh truyền lên tìn hiệu OFDM ...... 20

2.5.1 Kênh truyền AWGN 20

2.5.2 Kênh truyền Rayleigh Fading 21

2.8 Đồng bộ trong hệ thống OFDM ... 25

2.7 Tỷ số công suất đỉnh trên công suất trung bình (PAPR) .. 25

2.8 Kết luận...... 28

Trang 4

CHƯƠNG 3 CÁC PHƯƠNG PHÁP GIẢM PAPR TRONG HỆ THỐNG OFDM .... 29

3.1 Nguyên nhân giảm PAPR:..... 29

3.2 Các nhóm kỹ thuật giảm PAPR .... 29

3.3 Các phương pháp giảm PAPR ...... 30

3.3.1 Phương pháp xén ( Clipping ) . 30

3.3.2 Phương pháp mã hóa . 31

3.3.3 Partial Transmit Sequence ( PTS ) . 31

3.3.4 Phương pháp Selected Mapping ( SLM ) ... 33

3.3.5 Phương pháp hoán vị ( interleaving ) ..... 35

3.4 Giảm PAPR bằng phương pháp Companding .... 38

3.4.1 Luật companding A ... 38

3.4.2 Luật companding µ ... 39

3.4.3 Giảm PAPR cho hệ thống OFDM sử dụng luật µ ..... 40

3.4 Kết luận...... 41

CHƯƠNG 4 MÔ PHỎNG TRÊN MATLAB SIMULINK PHƯƠNG PHÁP GIẢM PAPR CHO HỆ THỐNG OFDM SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP COMPANDNG ...... 42

4.1 Mô hình hệ thống OFDM ...... 42

4.2 Chức năng các khối trong mô hình ...... 42

4.2.1 Khối Data Source..... 42

4.2.2 Khối IQ Mapper 43

4.2.3 Khối OFDM Modulation 43

4.2.4 Kênh truyền AWGN 45

4.2.5 Khối OFDM Demodulation ... 46

4.2.6 Khối IQ Demapper ( giải ánh xạ chòm sao) ...... 47

4.2.7 Khối tính tỉ lệ bits lỗi ( BER ) và phân tích phổ tín hiệu OFDM .. 47

Trang 5

4.3 Mô hình hệ thống OFDM sau khi sử dụng kỹ thuật giảm PAPR bằng luật µ thử

nghiệm với kênh truyền AWGN.. 48

4.3.1 Khối Mu-law compander 48

4.3.2 Khối Mu-law Expander .. 49

4.3.3 Khối PAPR Calculator.... 49

4.4 Mô hình hệ thống OFDM sau khi sử dụng kỹ thuật giảm PAPR bằng luật µ thử

nghiệm trên kênh truyền Rayleigh Fading 50

4.4.1 Khối tạo kênh truyền ...... 51

4.4.2 Bộ cân bằng . 51

4.5 Thiết kế bộ nén và giải nén µ-255 để làm giảm PAPR trên DSP builder chạy trên nền matlab simulink ...... 53

4.6 Sơ đồ tổng quát hệ thống OFDM trên DSP builder dùng để thử nghiệm bộ nén và giải nén µ-255 để giảm PAPR 58

4.6.1 Khối randomizer (ngẫu nhiên hoá) ...... 59

4.6.2 Khối mã hoá kênh (channel encoder) .. 59

4.6.3 Khối ánh xạ chòm sao (IQ mapper) .... 60

4.6.4 Khối tạo symbol OFDM . 60

4.6.5 Khối tạo tín hiệu OFDM. 61

4.6.6 Các khối phía thu ..... 61

4.7 Hệ thống OFDM được giảm PAPR với luật nén µ-255 .. 62

CHƯƠNG 5 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG TRÊN MATLAB VÀ SIMULINK CÁC

PHƯƠNG PHÁP GIẢM PAPR CHO HỆ THỐNG OFDM ..... 64

5.1 Kết quả mô phỏng phương pháp Selected Mapping (SLM) .. 64

5.2 Kết quả mô phỏng phương pháp PTS.. 65

5.3 Kết quả mô phỏng phương pháp giảm PAPR bằng phương pháp companding

trên Matlab Simulink ..... 66

5.3.1 Thử nghiệm trên kênh truyền có nhiễu AWGN 66

Trang 6

5.3.2 Thử nghiệm trên kềnh truyền Rayleign Fading . 69

5.4 Nhận xét thông qua kết quả mô phỏng giảm PAPR bằng luật µ cho hệ thống

OFDM thử nghiệm trên kênh truyền AWGN và Rayleigh Fading ..... 72

5.5 Kết quả thực nghiệm giảm PAPR cho hệ thống OFDM thực hiện trên DSP Builder trên nền Matlab Simulink ...... 73

5.5.1 Đường cong nén của bộ nén µ-255 ..... 73

5.5.2 Tín hiệu OFDM phía phát ..... 73

5.5.3 Tín hiệu OFDM phía phát sau nén ...... 74

5.5.4 Tín hiệu OFDM sau khi qua kênh truyền ... 75

5.5.5 Tín hiệu OFDM phía thu sau khi giải nén .. 76

5.5.6 Phổ của tín hiệu OFDM .. 77

CHƯƠNG 6 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN .... 79

6.1 KẾT LUẬN: ..... 79

6.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN: 79

TÀI LIỆU THAM KHẢO . 81