Bài giảng Kỹ thuật truyền dẫn số

Ạ Ọ

Đ I H C THÀNH ĐÔ

BÀI GIẢNG

Ẫ Ố

Ậ

Ỹ

Ề

K THU T TRUY N D N S

Ỗ Ụ

Ự

TS: Đ C NG H NG

lan 3-Tháng 6 - 2013

07/27/15

KT Truyền dẫn số - TS Đỗ Công Hùng

ụ ụ

ươ ươ

ng trình ng trình

M c tiêu ch M c tiêu ch - Nắm chắc các nội dung của Kỹ thuật truyền dẫn số

- Làm cơ sở nghiên cứu ứng dụng trong các môn học chuyên ngành như

ộ

TT Di động, TT vệ tinh, TT quang…. ộN i dung N i dung

• Các khái niệm cơ bản và nguyên lý làm việc của HT TT số (5 Tiết) • Kênh thông tin và pha đinh đa đường (5 Tiết) • Lý thuyết Điều chế đa mức (5 Tiết) • Kỹ thuật OFDM (5 Tiết) • Nguyên lý thích nghi và OF DM thích nghi (10 Tiết) • Lý thuyết cơ bản về Mã hoá (Mã xoắn, mã Turbo và BICM-ID) (15 Tiết) • Nguyên lý trải phô (5 Tiết)

KT Truyền dẫn số - TS Đỗ Công Hùng

07/27/15

Tài liệu học tập Tài liệu học tập Giáo trình Giáo trình Đỗ Công Hùng, (2011) , Bài giảng Kỹ thuật truyền dẫn số, Đại Học Thành Đô, 1.1. Đỗ Công Hùng, (2011) , Bài giảng Kỹ thuật truyền dẫn số, Đại Học Thành Đô,

Tài liệu tham khảo Tài liệu tham khảo

3.3. Đỗ Công Hùng, Đinh Thế Cường, Nguyễn Quốc Bình, (2006), “

5.5. Đỗ Công Hùng, Đinh Thế Cường, Nguyễn Quốc Bình, (2006), “

KT Truyền dẫn số - TS Đỗ Công Hùng

07/27/15

Tiếng Việt Tiếng Việt Nguyễn Quốc Bình, (2000), Kỹ thuật truyền dẫn số, Học viện Kỹ thuật Quân sự. 1.1. Nguyễn Quốc Bình, (2000), Kỹ thuật truyền dẫn số, Học viện Kỹ thuật Quân sự. Đinh Thế Cường, Nguyễn Quốc Bình, Đỗ Công Hùng, (2006) “Tối đa hóa dung Tối đa hóa dung 2.2. Đinh Thế Cường, Nguyễn Quốc Bình, Đỗ Công Hùng, (2006) “ ”, Tạp chí Bưu lượng thông tin cho hệ thống OFDM bằng các giải pháp thích nghi”, Tạp chí Bưu lượng thông tin cho hệ thống OFDM bằng các giải pháp thích nghi chính Viễn thông và Công nghệ thông tin, Bộ Bưu chính Viễn thông, kỳ 1. chính Viễn thông và Công nghệ thông tin, Bộ Bưu chính Viễn thông, kỳ 1. Giải pháp thích Đỗ Công Hùng, Đinh Thế Cường, Nguyễn Quốc Bình, (2006), “Giải pháp thích nghi cho hệ thống OFDM bằng BICM-ID với các bộ ánh xạ tín hiệu khác nhau”, ”, nghi cho hệ thống OFDM bằng BICM-ID với các bộ ánh xạ tín hiệu khác nhau Tạp chí Khoa học và Kỹ thuật, Học viện KTQS, số 116. Tạp chí Khoa học và Kỹ thuật, Học viện KTQS, số 116. Nguyễn Tùng Hưng, Đỗ Công Hùng, Đinh Thế Cường, Phạm Văn Bính, (2003), 4.4. Nguyễn Tùng Hưng, Đỗ Công Hùng, Đinh Thế Cường, Phạm Văn Bính, (2003), ““Tính toán chất lượng của mã chập nhị phân có loại bỏ xen kẽ ”, Tạp chí Khoa học Tính toán chất lượng của mã chập nhị phân có loại bỏ xen kẽ”, Tạp chí Khoa học và Kỹ thuật, Học viện KTQS, số 103. và Kỹ thuật, Học viện KTQS, số 103. Đỗ Công Hùng, Đinh Thế Cường, Nguyễn Quốc Bình, (2006), “Nâng cao Chất Nâng cao Chất ”, Chuyên san Các công trình nghiên cứu- lượng Hệ thống OFDM bằng BICM-ID”, Chuyên san Các công trình nghiên cứu- lượng Hệ thống OFDM bằng BICM-ID Triển khai Viễn thông và Công nghệ thông tin, Bộ Bưu chính Viễn thông. Triển khai Viễn thông và Công nghệ thông tin, Bộ Bưu chính Viễn thông.

Tiếng Anh Tiếng Anh 1.1. Amoroso. F., (1987), “

3.3. Sklar. B., (2001), Digital Communications: Fundamentals and Applications, ,

4.4. Greenwood. D. and Hanzo, L., (1994),

5.5. Hanzo. L., Webb W., and Keller. T.,(2000),

8.8. Do Cong Hung, Tran Xuan Nam, Dinh The Cuong, (2006), “

Digital Communications: Fundamentals and Applications, ,

10.10. Hagenauer. J.,(1997), “

07/27/15

Instantaneous Frequency Effects in a Doppler Scattering Amoroso. F., (1987), “Instantaneous Frequency Effects in a Doppler Scattering ,” IEEE International Conference on Communications, pp. 1458-66. Environment,” IEEE International Conference on Communications, pp. 1458-66. Environment Benedetto. S. and Biglieri E., (1999), Principles of Digital Transmission With 2.2. Benedetto. S. and Biglieri E., (1999), Principles of Digital Transmission With Wireless Applications, New York: Kluwer Academic. Wireless Applications, New York: Kluwer Academic. Sklar. B., (2001), Digital Communications: Fundamentals and Applications Second Edition, Upper Saddle River, NJ: Prentice-Hall . Second Edition, Upper Saddle River, NJ: Prentice-Hall . Greenwood. D. and Hanzo, L., (1994), Characterization of Mobile Radio Channels, Characterization of Mobile Radio Channels, , edited by R. Steele , London: Pentech Press. Mobile Radio Communications, edited by R. Steele , London: Pentech Press. Mobile Radio Communications Hanzo. L., Webb W., and Keller. T.,(2000), Single-and Multi-Carrier Quadrate Single-and Multi-Carrier Quadrate , New York: IEEE Press/Wiley. Amplitude Modulation, New York: IEEE Press/Wiley. Amplitude Modulation Hara.S., Prasad R., (2003), Multi-carrier Techniques for 4G Mobile Multi-carrier Techniques for 4G Mobile 6.6. Hara.S., Prasad R., (2003), , Artech House, Boston, London. Communications, Artech House, Boston, London. Communications Empirical Formulae for Propagation Loss in Land Mobile Radio Hata. M., (1980) “Empirical Formulae for Propagation Loss in Land Mobile Radio 7.7. Hata. M., (1980) “ ,” IEEE Trans. on Vehicular Technology, vol. VT-29, no. 3, pp. 317-25. Services,” IEEE Trans. on Vehicular Technology, vol. VT-29, no. 3, pp. 317-25. Services Adaptive Mapping for Do Cong Hung, Tran Xuan Nam, Dinh The Cuong, (2006), “Adaptive Mapping for ”, Biennial Vietnam conference on Radio and Electronics BICM-ID OFDM Systems”, Biennial Vietnam conference on Radio and Electronics BICM-ID OFDM Systems (REV 2006). (REV 2006). Sklar. B., (2001), Digital Communications: Fundamentals and Applications 9.9. Sklar. B., (2001), Second Edition, Upper Saddle River, NJ: Prentice-Hall . Second Edition, Upper Saddle River, NJ: Prentice-Hall . The turbo principle: Tutorial introduction and state of the Hagenauer. J.,(1997), “The turbo principle: Tutorial introduction and state of the ,” in Proc. Int. Symp. Turbo Codes and Related Topics, pp. 1–11. artart,” in Proc. Int. Symp. Turbo Codes and Related Topics, pp. 1–11. KT Truyền dẫn số - TS Đỗ Công Hùng

Chương 1

Các khái niệm cơ bản và nguyên lý làm việc của HTTT số ( 5 tiết)

1.1.Các khái niệm cơ bản -

- - - -

HTTT: Hệ thống các kỹ thuật và thiết bị dùng để truyền tin tức từ nguồn tin (nơi sinh ra tin tức) đến bộ nhận tin (đích). Bản tin: Dạng hình thức chứa đựng một lượng thông tin Tín hiệu: Biểu diễn vật lý của một bản tin. HTTT tương tự hay HTTT số ứng với Tín hiệu tương tự hay Tín hiệu số. Tín hiệu tương tự: Đại lượng vật lý được sử dụng làm tín hiệu có quy luật biến thiên tương tự với bản tin được sinh ra từ nguồn tin.

Tín hiệu tương tự có thể là liên tục (VD tín hiệu thoại ở lối ra Micro) hoặc tín

hiệu rời rạc (Tính hiệu điều biên xung PCM- Pulse Amplitude Modulation).

KT Truyền dẫn số - TS Đỗ Công Hùng

07/27/15

- -

- - - -

- - -

Tín hiệu số: biểu diễn các con số tương ứng với bản tin và có các đặc trưng: Chỉ nhận một số hữu hạn các giá trị (M=2: HTTT số nhị phân, M>2: HTTT số đa mức). Có thời gian tồn tại xác định: Ts (Time interval symbol). Ưu điểm của HTTT Số: Tiết kiệm năng lượng Có khả năng tái sinh tín hiệu nếu vượt qua ngưỡng -> có khả năng loại trừ tạp âm tích lũy sau từng cự ly nhất định. ( Tín hiệu số khỏe hơn tín hiệu tương tự). Có khả năng Điều khiển, xử lý, khai thác, quản trị và bảo trì (OA&M). Nhược điểm: Phổ rộng hơn HTTT tương tự.

KT Truyền dẫn số - TS Đỗ Công Hùng

07/27/15

1.2. Sơ đồ khối của HTTT số

Mã nguồn

Tạo dạng

Trải phổ

Phát

Điều chế

Mã mật Mã kênh Ghép kênh

Đa truy nhập

Nguồn tin

Kênh TT

Đồng bộ

Nguồn khác

Tạo dạng

Thu

Phân kênh

Giải mã nguồn

Giải điều chế

Giải mã mật

Giải trải phổ

Giải Đa truy nhập

Giải mã kênh

Đích Khác

Đích Nhận tin

KT Truyền dẫn số - TS Đỗ Công Hùng

07/27/15

Khối tạo dạng: Tạo dạng tín hiệu, biến đổi tin tức cần truyền thể hiện ở dạng tín hiệu liên tục hay số có dạng chuỗi bit nhị phân

2. Mã hóa-giải mã nguồn: Nén và giải nén tin nhằm giảm tốc độ bít, giảm phổ

chiếm của tín hiệu số

3. Mã hóa-giải mã mật: Mã hóa-giải mã chuỗi bít theo 1 khóa nhằm bảo mật tin tức 4. Mã hóa-giải mã kênh: sửa lỗi hướng đi FEC,chống nhiễu và các tác động xấu

7. 8.

khác của kênh truyền Ghép-Phân kênh: Thực hiện việc truyền tin từ nhiều nguồn tin khác nhau tới các đích khác nhau trên cùng một hệ thống truyền dẫn Điều chế-Giải điều chế số (MODEM): Biến đổi chuỗi tín hiệu số thành các tín hiệu liên tục phù hợp (điều chế băng gốc) và điều chế RF ( Trộn tần, lọc, Khuếch đại và phát xạ vào môi trường). Trải- Giải trải phổ: Chống nhiễu cố ý và bảo mật tin tức Đa truy nhập: Cho phép nhiều đối tượng có thể truy nhập mạng thông tin để sử dụng hệ thống truyền dẫn theo yêu cầu Đồng bộ: Đồng bộ nhịp và đồng bộ pha sóng mang đối với HT thông tin liên kết

9. 10. Lọc: Tại máy thu phát đầu cuối, bao gồm lọc cố định nhằm hạn chế phổ tần, 8

KT Truyền dẫn số - TS Đỗ Công Hùng

07/27/15 chống tạp nhiễu và lọc thích nghi nhằm sửa méo tín hiệu gây bởi đường truyền.

- - -

Tín hiệu từ đầu ra bộ tạo dạng tới đầu ra bộ ghép kênh có dạng chuỗi bít Tín hiệu từ đầu ra bộ điều chế tới đầu ra máy phát có dạng chuỗi dạng sóng Các thuật toán từ bộ tạo dạng tới điều chế số: Thuật toán xử lý băng gốc (Baseband) Các thuật toán đa truy nhập, trải phổ và trộn tần, thu phát: Thuật toán xử lý tín hiệu cao tần băng dải ( Bandpass)

1.3. HTTT số và các tham số đánh giá chất lượng -

HTTT số: Tập hợp các thiết bị và giải pháp kỹ thuật được thực hiện để truyền dẫn tín hiệu từ khối tạo dạng tín hiệu từ đầu phát tới khối tái tạo tín hiệu tại đầu thu.

 Yêu cầu HTTT số: Độ chính xác và tốc độ truyền tin (mâu thuẫn nhau) - -

- -

KT Truyền dẫn số - TS Đỗ Công Hùng

Tham số đánh giá độ chính xác truyền tin : BER, SER Tham số đánh giá tốc độ truyền tin: Dung lượng tổng cộng (tốc độ truyền tin) của HT với một độ chính xác yêu cầu. B (tốc độ truyền thông tin-bps) , L: Độ lặp cần thiết Hiện tại B.L có giá trị từ vài trăm Mb/s-Km với các HT chuyển tiếp số hay cáp đồng trục, tới hàng ngàn Gb/s-Km với các hệ thống cáp quang 07/27/15

 Phân loại: -

- -

Trong HT truyền dẫn số: Các tín hiệu số nhận giá trị trọng một tập hợp hữu hạn và trong một thời gian tồn tại hữu hạn Khi tập giá trị bao gồm giá trị 0 và 1: HT nhị phân, tín hiệu được gọi là bít Khi tập giá trị lớn hơn 2 ( giả sử M giá trị): Hệ thống M mức, tín hiệu gọi là Symbol. Gọi giá trị của Simbol thứ k là Dk và thời gian tồn tại của nó là Tk. Tại đầu thu tín hiệu được khôi phục là D’k và có độ rộng T’k. Nếu D’k khác Dk: Symbol bị lỗi Nếu T’k khác T’k: T’k=Tk+δTk thì / δ/ được gọi là Jitter ( yêu cầu ≤ 5 %),các tín hiệu truyền hình yêu cầu jitter ≤ 500 µs, nhạy cảm với jitter do mất đồng bộ khung hình. HT nhị phân: đặc trưng bởi Tỉ lệ lỗi bít BER hay xác suất lỗi bít ( yêu cầu thấp nhất ≤ 10-4, - đối với dịch vụ điện báo truyền chữ) Hệ thống đa mức: Đặc trưng bởi Tỷ lệ lỗi Symbol SER. Độ giữ chậm tuyệt đối ( Độ trễ tín hiệu): yêu cầu ≤ 400ms

KT Truyền dẫn số - TS Đỗ Công Hùng

07/27/15

Chương 2

Kênh thông tin và Pha đinh đa đường Bài 1: Kênh thông tin

2.1. Đặt vấn đề -

Các cơ chế gây ra pha-đinh trong truyền dẫn vô tuyến điện được nghiên cứu từ những năm 1950, Lý thuyết và các mô hình về kênh pha-đinh không ngừng được phát triển và hoàn thiện. Kiến thức cơ sở về kênh thông tin là tối cần thiết cho mọi quá trình nghiên cứu và thiết kế các hệ thống thông tin vô tuyến. Các nội dung phân tích sau này luôn gắn kết chặt chẽ với các tính chất của kênh pha-đinh. Do đó, trước khi phân tích về các kỹ thuật truyền dẫn, mục này trình bày các kiến thức cơ bản về kênh thông tin và hiện tượng pha-đinh đa đường trên băng tần UHF, ảnh hưởng trực tiếp tới các hệ thống thông tin vô tuyến trong mạng tế bào và mạng LAN.

KT Truyền dẫn số - TS Đỗ Công Hùng

07/27/15

2.2. Các khái niệm cơ bản về Kênh thông tin -

Kênh thông tin là thuật ngữ chỉ môi trường truyền sóng từ máy phát tới máy thu. Khi nghiên cứu thiết kế các hệ thống thông tin, trước tiên người ta thường khảo sát chất lượng của hệ thống trên kênh tạp âm Gauss trắng cộng tính (AWGN). Đây là kênh bao gồm các mẫu tạp âm có phân bố độc lập thống kê làm sai lạc các dữ liệu không kể đến ISI. Tạp âm này được coi là có phổ rộng vô hạn với mật độ phổ công suất bằng phẳng trên mọi dải tần . Môi trường truyền sóng vô tuyến được coi là môi trường tự do, đồng đều và không hấp thụ. Khoảng cách từ đường truyền dẫn tới mặt đất được xem là xa vô cùng và sự phản xạ từ mặt đất coi như không đáng kể. Trong mẫu không gian tự do lý tưởng đó, công suất tín hiệu nhận được có thể ước lượng trước và hệ số suy giảm công suất phát được xác định theo công thức:

)1.1(

dLs

(cid:0) d 4 (cid:0)

(cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0)

- d là khoảng cách từ máy phát tới máy thu, (cid:0) là bước sóng tín hiệu

KT Truyền dẫn số - TS Đỗ Công Hùng

07/27/15

(cid:0) (cid:0)

- Kênh đa đường: Trong thực tế, việc truyền dẫn tín hiệu hầu hết diễn ra trong tầng khí quyển và gần với mặt đất. Mẫu giả thiết truyền dẫn trong không gian tự do trên là không thoả đáng để mô tả đặc tính của kênh cũng như để đánh giá chất lượng của hệ thống. -Tín hiệu được truyền từ máy phát tới máy thu theo nhiều đường khác nhau (gọi là truyền dẫn đa đường) gây ra hiện tượng thăng giáng ngẫu nhiên về biên độ, pha và góc tới của tín hiệu thu, được gọi là pha-đinh đa đường. - Ảnh hưởng của pha-đinh đa đường tới chất lượng tín hiệu truyền lớn hơn rất nhiều so với ảnh hưởng của AWGN. -Ba cơ chế gây ra truyền dẫn đa đường là phản xạ, nhiễu xạ và tán xạ, được mô tả tại hình1.1:

KT Truyền dẫn số - TS Đỗ Công Hùng

07/27/15

- Hiện tượng phản xạ xảy ra khi sóng điện từ va chạm vào một mặt phẳng nhẵn có kích cỡ rất lớn so với bước sóng. - Hiện tượng nhiễu xạ xảy ra khi đường truyền giữa máy phát và máy thu bị che khuất bởi các vật chắn có kích cỡ lớn hơn so với bước sóng, gây ra các tia thứ cấp phía sau vật chắn. -Hiện tượng tán xạ xảy ra khi sóng vô tuyến va chạm vào một bề mặt gồ ghề hay các vật thể có kích cỡ tương đương hoặc nhỏ hơn kích cỡ bước sóng làm đường truyền tín hiệu bị phân tán ra nhiều phía.

KT Truyền dẫn số - TS Đỗ Công Hùng

07/27/15

- Hiệu ứng Doopler (Xem thêm Trang 185- KT truyền dẫn) -

Là sự thay đổi tần số của tín hiệu thu được so với tín hiệu đã phát đi, gây bởi chuyển động tương đối giữa máy thu và máy phát. Tại máy thu, tần số tín hiệu nhận đuợc theo tia sóng thứ I là: f= fc+fd.cos фi.

Với:

fc: tần số sóng mang

fd: Độ dịch tần Doppler: fd= v.fc/c (c: vận tốc ánh sáng)

- Фi: góc tới của tia sóng thứ i so với hướng chuyển động của máy thu. -  Như vậy: -

Chỉ trong trường hợp máy thu đứng yên hoặc chuyển động vuông góc so với máy phát thì tần số của tín hiệu thu mới không đổi so với tần số phát. Khi máy thu chuyển động dọc theo huớng truyền sóng cos=1 thì hiệu ứng Doppler xảy ra mạnh nhất (máy thu đặt trên xe chuyển động trên xa lộ, an ten phát được bố trí dọc theo sa lộ).

KT Truyền dẫn số - TS Đỗ Công Hùng

07/27/15

2.3. Phân loại cơ chế pha-đinh 2.3.1. Pha-đinh trên phạm vi rộng Đặc trưng cho sự suy giảm công suất trung bình của tín hiệu do sự thay đổi vị trí trên khoảng cách lớn, bị ảnh hưởng của địa hình và các vật chắn che khuất giữa máy phát và máy thu. Các số liệu thống kê về pha-đinh trên phạm vi rộng được cộng vào lượng suy hao đường truyền và thường được đánh giá bởi các giá trị trung bình của tín hiệu thu qua các khoảng cách 10-30 lần chiều dài bước sóng (cid:0) .

2.3.2. Pha-đinh trên phạm vi hẹp Đặc trưng cho các biến đổi nhanh về biên độ và pha của tín hiệu, được khảo sát trên

các thay đổi nhỏ theo vị trí không gian giữa máy phát và máy thu (cỡ 1/2 bước sóng (cid:0) ).

KT Truyền dẫn số - TS Đỗ Công Hùng

07/27/15

KT Truyền dẫn số - TS Đỗ Công Hùng

07/27/15

Mối quan hệ giữa (cid:0) (t) với pha-đinh trên phạm vi rộng m (t) và pha-đinh trên phạm vi hẹp r0 (t) . (a) biểu diễn công suất của tín hiệu nhận được đối với sự thay đổi vị trí của anten theo số nguyên lần bước sóng, là một hàm của (cid:0) (t). Pha-đinh chuẩn log là một hàm biến đổi tương đối chậm, trong khi r0 (t) là một hàm biến đổi nhanh theo thời gian. (a) pha-đinh trên phạm vi hẹp được cộng vào pha-đinh trên phạm vi rộng (b) pha-đinh trên phạm vi rộng được bỏ qua để thấy rõ tác động của pha-đinh trên phạm vi hẹp r0 (t) lên tín hiệu.

Khi ước lượng tổn hao đường truyền để dự trữ năng lượng tín hiệu, cần quan tâm tới các thành phần: • • • Tổn hao đường truyền trung bình, là một hàm theo khoảng cách. Dự trữ pha-đinh trên phạm vi rộng. Dự trữ pha-đinh trên phạm vi hẹp.

- Khi tín hiệu thu được tạo thành bởi thành phần tín hiệu trội (điển hình là tia truyền thẳng LOS) cộng với vô số các tín hiệu phản xạ, biên độ đường bao được mô tả bằng hàm mật độ xác suất Rice

Khi đó pha-đinh được gọi là pha-đinh Rice Phân bố Rice thường được đặc trưng bởi tham số k, là tỉ số giữa công suất tia trội đối với công suất tín hiệu đa đường và được xác định bởi :

KT Truyền dẫn số - TS Đỗ Công Hùng

07/27/15

k=A2/(2(cid:0) 2) - (cid:0) 2 : công suất trung bình trước tách sóng của tín hiệu đa đường. - A: biên độ đỉnh của thành phần tín hiệu không bị pha-đinh

-Khi biên độ của tia trội tiến đến 0, hàm mật độ xác suất Rice tiệm cận tới hàm mật độ Rayleigh:

-Với một đường truyền đơn, hàm mật độ xác suất Rayleigh biểu diễn hàm mật độ xác suất của công suất tín hiệu nhận được trong trường hợp pha-đinh xấu nhất. 2.4. Các loại Small Fading 2.4.1. Phân loại pha-đinh do cơ chế trải trễ (phân theo thời gian trễ của tín hiệu) -Căn cứ vào tương quan giữa thời gian trễ cực đại Tm và thời gian symbol Ts. -Nếu Tm Ts: Kênh được gọi là pha-đinh chọn lọc theo tần số, khi các thành phần đa đường nhận được của một symbol nằm ngoài khoảng thời gian của symbol đó. Kênh như vậy còn được gọi là kênh gây ISI.

KT Truyền dẫn số - TS Đỗ Công Hùng

07/27/15

-Băng thông tương quan f0: là giới hạn thống kê của dải tần số mà kênh cho qua toàn bộ các thành phần phổ với độ suy giảm và xoay pha xấp xỉ như nhau. Xấp xỉ f0 (cid:0) 1/ Tm. - Trong đó, tốc độ symbol 1/Ts thông thường được lấy bằng tốc độ truyền hay băng thông của tín hiệu W. Trong thực tế W có thể khác 1/Ts do hệ thống lọc hoặc dạng điều chế dữ liệu (QPSK, MPSK, trải phổ....)

-Khi : W < f0 - kênh được coi là không chọn lọc theo tần số (hay pha-đinh phẳng). - Khi đó, mọi thành phần phổ của tín hiệu được tác động bởi kênh theo cùng một cách thức. Băng thông tương quan của kênh f0 đặt ra giới hạn trên cho tốc độ truyền tín hiệu mà không cần dùng bộ san bằng tại máy thu.

KT Truyền dẫn số - TS Đỗ Công Hùng

07/27/15

-Nếu: W > f0 Kênh được coi là pha-đinh chọn lọc theo tần số - Méo do pha-đinh chọn lọc theo tần số xảy ra khi các thành phần phổ của tín hiệu bị tác động khác nhau bởi kênh truyền. Các thành phần phổ tín hiệu bị nằm ngoài băng thông tương quan f0 sẽ bị tác động khác so với các thành phần nằm trong f0.

2.4.2. Phân loại pha-đinh do trải Doppler (theo biến đổi của kênh do chuyển động) -Sự phân tán trên đặc trưng cho đặc tính trải theo thời gian của tín hiệu trong một vùng cục bộ. Tuy nhiên chúng không thể hiện tính chất thay đổi theo thời gian của kênh do chuyển động tương đối giữa máy thu và máy phát, hoặc do chuyển động của các vật thể trong kênh, gây ra các biến đổi về biên độ và pha tín hiệu tại máy thu.

KT Truyền dẫn số - TS Đỗ Công Hùng

07/27/15

- Gọi thời gian tương quan T0 là khoảng thời gian giới hạn mà trong đó đáp ứng xung không biến đổi như mong muốn. - Ts là khoảng thời gian phát của symbol - T0> Ts: kênh được gọi là pha-đinh chậm. Tình trạng của kênh hầu như không đổi trong quá trình symbol được phát đi. Việc truyền các symbol không bị méo xung mà chỉ bị tổn hao về SNR, tương tự như pha-đinh phẳng. -Nếu T0< Ts : pha-đinh nhanh. Khi đó đặc trưng pha-đinh của kênh có thể thay đổi nhiều lần trong khoảng thời gian phát symbol, dẫn đến méo dạng xung băng gốc gây ra BER không thể giảm nhỏ được bằng cách tăng SNR. - Các xung bị méo gây ra những khó khăn cho đồng bộ (như gây sai lỗi cho vòng khoá pha của máy thu) và thiết kế những bộ lọc phối hợp.

(hay Ts < T0)

- Đặc tính biến đổi theo thời gian của kênh cũng có thể được mô tả trên miền tần số (còn gọi là miền dịch tần Doppler). - Khi máy di động chuyển động cùng hoặc ngược chiều nhau, độ dịch tần: Fd =V/(cid:0) - V là vận tốc tương đối của phương tiện, (cid:0) là chiều dài của bước sóng ((cid:0) = c/fc). Fd có giá trị dương nếu máy thu và máy phát chuyển động ngược nhau, có giá trị âm nếu chúng chuyển động ra xa nhau. Với các chuyển động vuông góc, độ dịch tần bằng 0.- - Trải Doppler fd và thời gian tương quan của kênh T0 tỉ lệ nghịch với nhau, có thể lấy xấp xỉ: T0 (cid:0) 1/ fd - Kênh coi là pha-đinh chậm nếu tốc độ tín hiệu lớn hơn tốc độ pha-đinh. Khi đó: W > fd -pha-đinh nhanh nếu tốc độ symbol 1/Ts (xấp xỉ tốc độ truyền tín hiệu hay băng thông tín hiệu W) thấp hơn tốc độ pha-đinh 1/T0 (xấp xỉ fd): W < fd (hay Ts> T0).

KT Truyền dẫn số - TS Đỗ Công Hùng

07/27/15

2.4.3.Tóm tắt các cơ chế gây Fading hẹp

CƠ CHẾ FADING

Fading rộng Trên thay đổi lớn về vị trí Fading hẹp trên thay đổi nhỏ về vị trí

Sự thay đổi giá trị trung binh

Trải theo thời gian Trễ của tín hiệu

Suy giảm tín hiệu trung bình theo khoảng cách

biến đổi theo thời gian của kênh

Mô tả miền thời gian trễ Mô tả miền Tần số Mô tả miền thời gian Mô tả miền Trải Doppler

Fading nhanh Fading chậm Fd

Fading chọn lọc tần số

Fading phẳng Tm

Fading nhanh

Fading chọn lọc tần số

KT Truyền dẫn số - TS Đỗ Công Hùng

07/27/15

Fading phẳng WTs

Tóm lại: -Do méo tín hiệu: băng thông tương quan f0 đặt ra giới hạn trên cho tốc độ truyền tín hiệu tránh méo do pha-đinh chọn lọc tần số. - Do trải Doppler: fd đặt ra giới hạn dưới cho tốc độ truyền tín hiệu tránh méo do pha-đinh nhanh.

KT Truyền dẫn số - TS Đỗ Công Hùng

07/27/15

 Đường cong dưới cùng, dạng hàm mũ biểu diễn BER, dùng cho các kênh AWGN.

 Đường cong nằm giữa được coi là giới hạn Rayleigh mô tả sự suy giảm chất lượng hệ thống do tổn hao về Eb /N0 do pha-đinh phẳng hay pha-đinh chậm (gần như giảm tuyến tính theo Eb /N0, được coi như trường hợp “xấu”. Các tham số Pb và Eb /N0 trung bình được dùng để biểu diễn giá trị trung bình của các đại lượng này do sự thay đổi thăng giáng của pha-đinh.

 Đường cong tiến tới tỉ lệ lỗi không thể giảm nhỏ được, mô tả tình trạng “tồi tệ” của kênh, khi đó xác suất lỗi bít gần như bằng 0.5. Hiện tượng này mô tả ảnh hưởng của pha-đinh chọn lọc theo tần số hay pha-đinh nhanh. Khi đó không thể tăng Eb/N0 để giảm nhỏ BER mà chỉ có thể thực hiện bằng cách dùng các biện pháp giảm méo do pha-đinh ( mã hóa, xáo trộn).

2.5.Tác hại và các phương pháp xử lý Fading

KT Truyền dẫn số - TS Đỗ Công Hùng

07/27/15

Cơ chế trễ theo thời gian do truyền dẫn đa đường Cơ chế biến đổi tần số Cơ chế biến đổi theo thời gian theo tôc độ do chuyển động do chuyển động

Fading phẳng (Tổn hao SNR) Ts>Trải trễ Tm

Fading chậm ( Doppler thấp, tổn hại SNR) Tốc độ fading kênh Fd< Tốc độ Sym (W)

Miền thời Gian trễ

Miền Dịch tần Doppler

Fading nhanh (Doppler cao, Lỗi PLL, BER không giảm được)

Fading chọn lọc tần số (méo ISI, cắt xén xung, BER không giảm được

Fading chậm ( Doppler thấp, tổn hại SNR) Thời gian tương quan kênh To(Td) > thời gian symbol Ts

Fading phẳng (tổn hại SNR) Băng thông tương quan kênh B > tốc độ symbol W

Miền thời gian

Miền Tần số

Fading chọn lọc tần số (méo ISI, cắt xén xung, BER không giảm được

Fading nhanh (Doppler cao, Lỗi PLL, BER không giảm được)

KT Truyền dẫn số - TS Đỗ Công Hùng

07/27/15

Khi băng thông tín hiệu càng rộng so với băng thông tương quan của kênh, tính chất chọn lọc theo tần số càng rõ rệt, gây tổn hại nghiêm trọng đến chất lượng truyền dẫn

2.6. Vai trò của OFDM với Fading nhanh và và Fading chọn lọc theo tần số - Để giảm méo do pha-đinh chọn lọc theo tần số, ngoài cách dùng các bộ lọc san bằng và các KT trải phổ thì OFDM là một phương pháp rất hiệu quả.

- Trong hệ thống đơn sóng mang, pha-đinh hoặc xuyên nhiễu đơn có thể gây ảnh hưởng tới toàn bộ dữ liệu được phát đi.Nhưng trong hệ thống OFDM, do việc truyền dữ liệu được thực hiện trên nhiều sóng mang nên chỉ một phần dữ liệu bị ảnh hưởng. Sau khi thu, phần dữ liệu sai sẽ được khắc phục bằng các mã sửa sai.

- Mặt khác, nhờ việc truyền dữ liệu được thực hiện đồng thời trên một số các sóng mang trực giao nhau nên băng tần được tiết kiệm một cách đáng kể.

- Trong ứng dụng thực tiễn, với một trải trễ xác định, việc xây dựng một hệ thống OFDM ít phức tạp hơn nhiều so với một hệ thống sóng mang đơn dùng bộ san bằng

KT Truyền dẫn số - TS Đỗ Công Hùng

07/27/15

Chương 3

Kỹ thuật OFDM OFDM 3.1. Khái niệm, sự phát triển và vai trò của OFDM 3.1. Khái niệm, sự phát triển và vai trò của 3.1.1. Sự phát triển của OFDM 3.1.1. Sự phát triển của OFDM

: Nghiên cứu thử nghiệm và hoàn thiện Giai đoạn I : Nghiên cứu thử nghiệm và hoàn thiện Giai đoạn I

1966 1966 : Patent US số 3,488,445 về OFDM của Robert Chang , Bell : Patent US số 3,488,445 về OFDM của Robert Chang , Bell

1971 1971 : S.B Weistein, Paul Ebert dề xuất sử dụng DFT, FFT và CP. : S.B Weistein, Paul Ebert dề xuất sử dụng DFT, FFT và CP.

: Ứng dụng trong các hệ thống truyền thông băng rộng Giai đoạn II : Ứng dụng trong các hệ thống truyền thông băng rộng Giai đoạn II

Các hệ thống truyền dẫn số HDSL1.6 Mbps, ADSL 6Mbps, VDSL : : Các hệ thống truyền dẫn số HDSL1.6 Mbps, ADSL 6Mbps, VDSL

1990 1990 100Mbps. 100Mbps.

Chuẩn ETSI Châu Âu cho các hệ thống DAB, DVB-T, 1995-1997 : : Chuẩn ETSI Châu Âu cho các hệ thống DAB, DVB-T, 1995-1997

Chuẩn IEEE 802.11a/g cho WAN(WI-Fi) 5/2.4MHz, 54Mbps 1999-2002: : Chuẩn IEEE 802.11a/g cho WAN(WI-Fi) 5/2.4MHz, 54Mbps 1999-2002

Nâng cao chất lượng, mở rộng các ứng dụng băng rộng và UWB Giai đoạn III : : Nâng cao chất lượng, mở rộng các ứng dụng băng rộng và UWB Giai đoạn III

2004 2004 : Chuẩn IEEE 802.16 cho W-MAN (Wi-MAX ), IEEE 802.11.n cho : Chuẩn IEEE 802.16 cho W-MAN (Wi-MAX ), IEEE 802.11.n cho

WLAN/MIMO200-540Mbps, IEEE 802.15.3.a cho UWB-WPAN/MB-OFDM WLAN/MIMO200-540Mbps, IEEE 802.15.3.a cho UWB-WPAN/MB-OFDM

KT Truyền dẫn số - TS Đỗ Công Hùng

07/27/15

2006 2006 :ứng cử viên có triển vọng nhất cho thế hệ thông tin 4G :ứng cử viên có triển vọng nhất cho thế hệ thông tin 4G

3.1.2. Khái niệm OFDM 3.1.2. Khái niệm OFDM - -

một cách hiệu quả. không tận dụng phổ tần một cách hiệu quả.

- -

KT Truyền dẫn số - TS Đỗ Công Hùng

07/27/15

 Kỹ thuật truyền dữ liệu song song và FDM bắt đầu phổ biến vào những năm 60. Kỹ thuật truyền dữ liệu song song và FDM bắt đầu phổ biến vào những năm 60. Toàn bộ băng tần tín hiệu được chia thành N kênh con. Mỗi kênh điều chế một symbol M- Toàn bộ băng tần tín hiệu được chia thành N kênh con. Mỗi kênh điều chế một symbol M- PSK hoặc M-QAM khác nhau. PSK hoặc M-QAM khác nhau. Trên miền tần số, các sóng mang được bố trí cách nhau một khoảng cách về tần số Trên miền tần số, các sóng mang được bố trí cách nhau một khoảng cách về tần số ) sao cho có thể thu được tín hiệu bằng cách sử dụng các bộ lọc khoảng tần số phòng vệ) sao cho có thể thu được tín hiệu bằng cách sử dụng các bộ lọc ((khoảng tần số phòng vệ và các bộ giải điều chế thông thường. và các bộ giải điều chế thông thường. Khoảng tần số phòng vệ dẫn đến không tận dụng phổ tần Khoảng tần số phòng vệ dẫn đến Ý tưởng ghép kênh phân chia theo các tần số gối nhau, nhằm sử dụng tối đa băng thông Ý tưởng ghép kênh phân chia theo các tần số gối nhau, nhằm sử dụng tối đa băng thông : các sóng mang được sắp xếp sao và tăng khả năng chống pha-đinh chọn lọc theo tần số: các sóng mang được sắp xếp sao và tăng khả năng chống pha-đinh chọn lọc theo tần số cho điểm cực đại của phổ sóng mang này tương ứng điểm cực tiểu của phổ sóng mang cho điểm cực đại của phổ sóng mang này tương ứng điểm cực tiểu của phổ sóng mang trực giao nhau về mặt toán học). ). khác. (các sóng mang phải trực giao nhau về mặt toán học khác. (các sóng mang phải có thể tiết kiệm 50% băng thông. có thể tiết kiệm 50% băng thông.

3.2. Bản chất OFDM 3.2. Bản chất OFDM

KT Truyền dẫn số - TS Đỗ Công Hùng

07/27/15

LLà một trường hợp đặc biệt của phương thức phát đa sóng mang theo nguyên lý à một trường hợp đặc biệt của phương thức phát đa sóng mang theo nguyên lý chia dòng dữ liệu tốc độ cao thành các dòng dữ liệu tốc độ thấp hơn và phát đồng thời 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 được phân bổ trực giao nhau. trên một số các sóng mang được phân bổ trực giao nhau. - Máy thu đóng vai trò như một tập hợp các bộ giải điều chế. Tín hiệu sau giải điều chế - Máy thu đóng vai trò như một tập hợp các bộ giải điều chế. Tín hiệu sau giải điều chế được tích phân trong khoảng thời gian symbol để khôi phục dữ liệu. được tích phân trong khoảng thời gian symbol để khôi phục dữ liệu. - Nếu các sóng mang được chuyển xuống kế tiếp nhau, trên miền thời gian sẽ có toàn - Nếu các sóng mang được chuyển xuống kế tiếp nhau, trên miền thời gian sẽ có toàn bộ chu trình trong khoảng thời gian symbol T. bộ chu trình trong khoảng thời gian symbol T. - - Quá trình tích phân sẽ có kết quả bằng 0 với các sóng mang khác nếu khoảng cách Quá trình tích phân sẽ có kết quả bằng 0 với các sóng mang khác nếu khoảng cách ) (trực giao nhau). giữa các sóng mang là 1/2T( Lệch pha 9000) (trực giao nhau). giữa các sóng mang là 1/2T( Lệch pha 90



vào các HT truyền dữ liệu song song với tư cách Weistein và Ebert : Áp dụng DFT vào các HT truyền dữ liệu song song với tư cách Weistein và Ebert : Áp dụng DFT



KT Truyền dẫn số - TS Đỗ Công Hùng

07/27/15

là một phần của quá trình điều chế và giải điều chế. (1971). là một phần của quá trình điều chế và giải điều chế. (1971). - Việc sử dụng DFT tại máy thu và tính toán các giá trị tương quan tại tần số trung tâm - Việc sử dụng DFT tại máy thu và tính toán các giá trị tương quan tại tần số trung tâm của mỗi sóng mang sẽ khôi phục được dữ liệu phát đi mà không bị xuyên nhiễu bởi các của mỗi sóng mang sẽ khôi phục được dữ liệu phát đi mà không bị xuyên nhiễu bởi các sóng mang khác. sóng mang khác. Nhờ kỹ thuật đa sóng mang dựa trên DFT, OFDM đạt được hiệu quả không phải bằng Nhờ kỹ thuật đa sóng mang dựa trên DFT, OFDM đạt được hiệu quả không phải bằng lọc giải thông mà nhờ quá trình xử lý băng gốc . lọc giải thông mà nhờ quá trình xử lý băng gốc . - Phổ biên độ của xung vuông bằng sinc((cid:0)(cid:0) fT), và bằng 0 tại các tần số f bằng số fT), và bằng 0 tại các tần số f bằng số - Phổ biên độ của xung vuông bằng sinc( ( hình 1.5) nguyên lần của 1/T. ( hình 1.5) nguyên lần của 1/T. - Tại điểm cực đại của mỗi phổ sóng mang, phổ của các sóng mang khác bằng 0. Mỗi - Tại điểm cực đại của mỗi phổ sóng mang, phổ của các sóng mang khác bằng 0. Mỗi máy thu OFDM tính toán cần thiết sao cho giá trị phổ tại các điểm đó tương ứng với máy thu OFDM tính toán cần thiết sao cho giá trị phổ tại các điểm đó tương ứng với cực đại của các sóng mang riêng biệt, có thể giải điều chế từng sóng mang dễ dàng và cực đại của các sóng mang riêng biệt, có thể giải điều chế từng sóng mang dễ dàng và tránh khỏi xuyên nhiễu của các sóng mang khác. tránh khỏi xuyên nhiễu của các sóng mang khác. cho máy phát và máy thu làm giảm đáng kể số phép tính trong - Ứng dụng IFFT và FFT cho máy phát và máy thu làm giảm đáng kể số phép tính trong - Ứng dụng IFFT và FFT quá trình thực hiện. quá trình thực hiện. và những tiến bộ trong - Việc số hoá hoàn toàn phần cứng thực hiện biến đổi FFT và những tiến bộ trong - Việc số hoá hoàn toàn phần cứng thực hiện biến đổi FFT công nghệ VLSI tạo những chip FFT có dung lượng lớn, tốc độ cao và có khả năng công nghệ VLSI tạo những chip FFT có dung lượng lớn, tốc độ cao và có khả năng thương phẩm. thương phẩm. --

Việc sử dụng thuật toán bậc 2 và IFFT N điểm chỉ cần có (N/2).log2(N)

 IFFT làm giảm đáng kể tổng số các phép tính bằng cách lợi dụng quy tắc của các thao tác IFFT làm giảm đáng kể tổng số các phép tính bằng cách lợi dụng quy tắc của các thao tác phép (N/2).log2(N) phép trong IDFT. Việc sử dụng thuật toán bậc 2 và IFFT N điểm chỉ cần có trong IDFT. nhân phức. (Ví dụ với phép biến đổi 16 16 điểm, phép nhân của IDFT được thay bởi với 256 phép nhân của IDFT được thay bởi với nhân phức. (Ví dụ với phép biến đổi lần). phép nhân của IFFT, giảm hơn 88 lần). 3232 phép nhân của IFFT, giảm hơn

điểm, 256

•

sự phức tạp của IDFT , vì sự phức tạp của IDFT

, trong khi sự phức tạp của IFFT chỉ tăng nhanh hơn quy luật sự phức tạp của IFFT chỉ tăng nhanh hơn quy luật

KT Truyền dẫn số - TS Đỗ Công Hùng

32 32

07/27/15

Sự khác nhau này tăng lên khi số lượng các sóng mang lớn lên, vì Sự khác nhau này tăng lên khi số lượng các sóng mang lớn lên tăng theo bình phương N, trong khi tăng theo bình phương N tuyến tính một chút . tuyến tính một chút

3.3. Các biện pháp kỹ thuật trong OFDM 3.3. Các biện pháp kỹ thuật trong OFDM 3.3.1. Chèn khoảng thời gian phòng vệ Tg 3.3.1. Chèn khoảng thời gian phòng vệ Tg

để cho các thành phần đa Khoảng thời gian phòng vệ được chọn lớn hơn trải trễ dự đoán để cho các thành phần đa

KT Truyền dẫn số - TS Đỗ Công Hùng

33 33

07/27/15

- Một trong những lý do quan trọng nhất để sử dụng OFDM là hiệu quả của nó trong xử lý hiệu quả của nó trong xử lý - Một trong những lý do quan trọng nhất để sử dụng OFDM là tăng Ns lần, tương tự . (chia dòng dữ liệu đầu vào thành Ns sóng mang, Tss tăng Ns lần, tương tự trải trễ đa đường. (chia dòng dữ liệu đầu vào thành Ns sóng mang, T trải trễ đa đường trải trễ đa đường giảm Ns lần so với Tss ) ) trải trễ đa đường giảm Ns lần so với T - - Khoảng thời gian phòng vệ được chọn lớn hơn trải trễ dự đoán đường từ một symbol không gây nhiễu tới symbol bên cạnh (ISI) đường từ một symbol không gây nhiễu tới symbol bên cạnh (ISI)

(Cyclic Prefix) 3.3.2. Chèn tiền tố vòng CP (Cyclic Prefix) 3.3.2. Chèn tiền tố vòng CP

Thời gian phòng vệ Tg có thể để trống và không truyền tín hiệu, tuy nhiên khi đó - Thời gian phòng vệ Tg có thể để trống và không truyền tín hiệu, tuy nhiên khi đó ICI sẽ tăng lên vì chúng không còn trực giao nữa. ICI sẽ tăng lên vì chúng không còn trực giao nữa. - VD chỉ có sóng mang 1 không bị trễ và sóng mang 2 bị trễ. Khi máy thu OFDM - VD chỉ có sóng mang 1 không bị trễ và sóng mang 2 bị trễ. Khi máy thu OFDM giải điều chế sóng mang 1, nó sẽ thu cả nhiễu từ sóng mang 2 vì trong khoảng giải điều chế sóng mang 1, nó sẽ thu cả nhiễu từ sóng mang 2 vì trong khoảng FFT không đảm bảo số nguyên lần sự khác nhau về chu kỳ giữa sóng mang 1 và FFT không đảm bảo số nguyên lần sự khác nhau về chu kỳ giữa sóng mang 1 và 2. 2.

KT Truyền dẫn số - TS Đỗ Công Hùng

34 34

07/27/15

OFDM cần được kéo dài theo chu kỳ trong thời gian symbol OFDM cần được kéo dài theo chu kỳ trong thời gian

Để loại trừ ICI, , symbol

- - Để loại trừ ICI phòng vệ phòng vệ  Đảm bảo các bản sao bị trễ của

OFDM luôn có 1 số nguyên về chu symbol OFDM luôn có 1 số nguyên về chu

Đảm bảo các bản sao bị trễ của symbol kỳ giữa khoảng cách FFT, miễn là độ trễ nhỏ hơn thời gian phòng vệ. kỳ giữa khoảng cách FFT, miễn là độ trễ nhỏ hơn thời gian phòng vệ.  Các tín hiệu đa đường có độ trễ nhỏ hơn thời gian phòng vệ không gây ra Các tín hiệu đa đường có độ trễ nhỏ hơn thời gian phòng vệ không gây ra ICI.. ICI

KT Truyền dẫn số - TS Đỗ Công Hùng

35 35

07/27/15

symbol được

được copy

và copy và một phần tín hiệu trong khoảng thời gian symbol - Trong thực tế, một phần tín hiệu trong khoảng thời gian - Trong thực tế, để tạo ra khoảng thời gian phòng vệ chèn vào phía trước khoảng thời gian FFT để tạo ra khoảng thời gian phòng vệ chèn vào phía trước khoảng thời gian FFT ((TgTg), phần tín hiệu này sẽ bị loại bỏ tại máy thu để loại trừ

ISI và ICI ), phần tín hiệu này sẽ bị loại bỏ tại máy thu để loại trừ ISI và ICI

KT Truyền dẫn số - TS Đỗ Công Hùng

36 36

07/27/15

 Kết quả mô phỏng Kết quả mô phỏng GGiản đồ sao của tín hiệu 16-QAM không bị méo khi trễ đa đường nằm trong khoảng thời gian phòng vệ. - Khi trễ đa đường vượt quá thời gian phòng vệ là 3% của thời gian FFT, các sóng mang không còn trực giao, nhưng xuyên nhiễu vẫn đủ nhỏ và có thể nhận ra dạng của giản đồ hình sao. - Khi trễ đa đường vượt quá thời gian phòng vệ là 10% thời gian FFT, xuyên nhiễu lớn tới mức giản đồ hình sao bị phân tán trầm trọng, gây ra tỷ lệ lỗi không chấp nhận được.

37 37

07/27/15

Giản đồ hình của tín hiệu OFDM với kênh đa đường 2 tia tia thứ 2 thấp hơn 6 dB so với tia thứ nhất KT Truyền dẫn số - TS Đỗ Công Hùng

3.4. Sơ đồ khối băng gốc hệ thống OFDM

KT Truyền dẫn số - TS Đỗ Công Hùng

38 38

Tuyến phát: chuỗi DL được biến đổi từ nối tiếp sang song song, tới bộ ánh xạ điều chế M- PSK hoặc M-QAM; được chuyển từ miền tần số sang miền thời gian nhờ bộ biến đổi IFFT, khoảng phòng vệ được chèn vào symbol OFDM để chống ISI. Nhánh thu: việc xử lý tín hiệu số bắt đầu với giai đoạn huấn luyện để xác định thời gian symbol và độ dịch tần. FFT được sử dụng để giải điều chế các sóng mang. Đầu ra của FFT bao gồm Ns giá trị M- PSK hoặc M-QAM, chúng được giải điều chế để tạo ra các dữ liệu ra nhị phân. Để ánh xạ được các giá trị QAM thành các giá trị nhị phân đúng, cần phải thu được pha và biên độ tham chiếu của các sóng mang. 07/27/15

3.5. Thiết kế và lựa chọn các tham số OFDM

- Các yêu cầu của hệ thống bao gồm: Băng thông có sẵn, tốc độ bit yêu cầu, trải trễ chấp nhận được và các giá trị Doppler. - Các tham số OFDM cơ bản cần được xác định: Khoảng cách giữa các sóng mang, dạng điều chế cho sóng mang, dạng mã hoá sửa lỗi hướng đi. - Một số trong số các các yêu cầu đặt ra mâu thuẫn với nhau: khi cần có dung sai trải trễ tốt, người ta muốn dùng nhiều sóng mang với khoảng cách sóng mang nhỏ, nhưng đối ngược với dung sai này là trải Doppler và tạp âm pha.



Việc lựa chọn các tham số của OFDM cần được dung hoà giữa các yêu cầu để có sự kết hợp tốt nhất. Thông thường, ta chú ý tới 3 yêu cầu cơ bản ban đầu là: Băng thông, tốc độ bit và trải trễ.

Cụ thể : -

Trước hết , Trải trễ quyết định trực tiếp tới thời gian phòng vệ. Theo quy luật thông thường thời gian phòng vệ cần chọn từ 2 tới 4 lần của trải trễ trung bình (cid:0) rms. Giá trị này phụ thuộc vào dạng mã hoá và điều chế M-QAM. Giá trị bậc M càng cao, hệ thống sẽ càng nhạy với ICI và ISI.

KT Truyền dẫn số - TS Đỗ Công Hùng

39 39

07/27/15

- Việc sử dụng các bộ mã mạnh có thể giảm đáng kể ảnh hưởng của xuyên nhiễu đó.

- - Khi thời gian phòng vệ đã được xác định, thời gian symbol cũng giữ nguyên. Để giảm nhỏ sự thiệt hại tỷ số tín trên tạp gây bởi thời gian phòng vệ, ta cần thời gian symbol rộng hơn thời gian phòng vệ. (không thể lớn tuỳ tiện vì khoảng thời gian symbol rộng có nghĩa là có nhiều sóng mang với khoảng cách sóng mang nhỏ hơn, việc thực hiện phức tạp hơn, nhậy cảm hơn đối với tạp âm pha và sự dịch tần, cũng như tỷ số công suất đỉnh trên trung bình tăng lên.

- Trong thực tế cần chọn khoảng thời gian symbol ít nhất là gấp 5 lần thời gian phòng vệ

Sau đó, số lượng các sóng mang được xác định theo chỉ tiêu băng thông -3dB, xác định bởi khoảng cách sóng mang. Khoảng cách sóng mang tính bằng nghịch đảo của khoảng cách symbol trừ đi thời gian phòng vệ.

KT Truyền dẫn số - TS Đỗ Công Hùng

40 40

07/27/15

Số lượng các sóng mang có thể được chọn bằng tốc độ bit yêu cầu, được chia thành tốc độ bit trên một sóng mang. Tốc độ bit trên một sóng mang được xác định bởi bậc điều chế, tốc độ mã hoá và tốc độ symbol.

điểm của OFDM. 3.6. Ưu-nhược điểm của OFDM. 3.6. Ưu-nhược

Khi so sánh với các hệ thống đơn sóng mang Khi so sánh với các hệ thống đơn sóng mang

 OFDM có khả năng rất mạnh chống lại xuyên nhiễu băng hẹp

 Các ưu điểm cơ bản: Các ưu điểm cơ bản:  OFDM là một biện pháp OFDM là một biện pháp hiệu quả trong sử dụng băng tần, chống lại pha-đinh chọn lọc hiệu quả trong sử dụng băng tần, chống lại pha-đinh chọn lọc trong truyền dẫn băng rộng. theo tần số và xử lý ISI do đa đường trong truyền dẫn băng rộng. theo tần số và xử lý ISI do đa đường , bởi vì tác động của OFDM có khả năng rất mạnh chống lại xuyên nhiễu băng hẹp, bởi vì tác động của xuyên nhiễm đó chỉ ảnh hưởng tới một phần trăm nhỏ của các sóng mang, các bít bị xuyên nhiễm đó chỉ ảnh hưởng tới một phần trăm nhỏ của các sóng mang, các bít bị sai có thể được khôi phục bằng cách sử dụng các bộ mã sửa lỗi. sai có thể được khôi phục bằng cách sử dụng các bộ mã sửa lỗi.  Với một trải trễ xác định, việc thực hiện ít phức tạp hơn đáng kể so với hệ thống sóng Với một trải trễ xác định, việc thực hiện ít phức tạp hơn đáng kể so với hệ thống sóng mang đơn sử dụng bộ san bằng.. mang đơn sử dụng bộ san bằng  Do đó OFDM đặc biệt hấp dẫn với các ứng dụng truyền thông và tạo ra khả năng thực Do đó OFDM đặc biệt hấp dẫn với các ứng dụng truyền thông và tạo ra khả năng thực thi cho mạng vô tuyến. thi cho mạng vô tuyến.

 Nhược điểm so với hệ thống đơn sóng mang Nhược điểm so với hệ thống đơn sóng mang::  

KT Truyền dẫn số - TS Đỗ Công Hùng

41 41

07/27/15

nhạy hơn đối với dịch tần số và tạp âm pha do thời gian symbol tăng.. OFDM nhạy hơn đối với dịch tần số và tạp âm pha do thời gian symbol tăng OFDM có tỷ lệ công suất đỉnh/ trung bình tương đối lớn, làm giảm hiệu quả công suất OFDM có tỷ lệ công suất đỉnh/ trung bình tương đối lớn, làm giảm hiệu quả công suất OFDM của bộ khuếch đại RF. của bộ khuếch đại RF.

2.7. Các ứng dụng cơ bản của OFDM. 2.7. Các ứng dụng cơ bản của OFDM.

, phòng thí nghiệm của BellBell .. về OFDM của Chang. R

US số 3,488,445 và Ebert Kineplex sử dụng modem đa sóng mang trên HF. sử dụng modem đa sóng mang trên HF. Chang. R, phòng thí nghiệm của FFT và khoảng thời gian phòng vệ. . đề xuất sử dụng FFT và khoảng thời gian phòng vệ

Hệ thống thông tin quân sự Kineplex 3,488,445 về OFDM của Patent US số Ebert đề xuất sử dụng Weinstein và Cimini biểu diễn các ứng dụng của OFDM cho thông tin di động biểu diễn các ứng dụng của OFDM cho thông tin di động Alard & Lasalle: COFDM cho phát thanh và truyền hình số. : COFDM cho phát thanh và truyền hình số.

1957: : Hệ thống thông tin quân sự 1957 1966: : Patent 1966 1971: : Weinstein 1971 1985: : Cimini 1985 1987: : Alard & Lasalle 1987 1988: Thử nghiệm đường truyền vô tuyến bằng 1988 : Thử nghiệm đường truyền vô tuyến bằng OFDM tại OFDM tại ParisParis..

Princeton, USA USA OFDM tại Princeton,

1990: Thử nghiệm 1990 1992: Thử nghiệm thiết bị 1992

London, UK, UK. .

: Thử nghiệm OFDM tại : Thử nghiệm thiết bị OFDM thế hệ 2 với tốc độ 70 Mbit/s trên kênh 8 MHz tại OFDM thế hệ 2 với tốc độ 70 Mbit/s trên kênh 8 MHz tại Wuppertal, Germany Wuppertal, Germany thiết bị OFDM thế hệ 2 với BBC, London : Thử nghiệm thiết bị OFDM thế hệ 2 với BBC, HDTV trên kênh 8MHz. : Triển lãm hệ thống 4 kênh TV và một kênh HDTV trên kênh 8MHz. wireless LAN -OFDM 150Mbit/s thử nghiệm hệ thống wireless LAN -OFDM 150Mbit/s

Morris thử nghiệm hệ thống Chuẩn đầu tiên ETSI tại châu Âu cho hệ thống DAB sử dụng OFDM .

WAND sử dụng các modem OFDM cho wireless

1992 1992: Thử nghiệm 1993: Triển lãm hệ thống 4 kênh TV và một kênh 1993 1993: : Morris 1993 1995: : Chuẩn đầu tiên ETSI tại châu Âu cho hệ thống DAB sử dụng OFDM . 1995 1997: Chuẩn 1997 1998: Dự án 1998 1999: chuẩn 1999: wireless LANLAN . . wireless LAN (Wi-Fi) với tốc độ truyền tới cho wireless 54Mbps, băng LAN (Wi-Fi) với tốc độ truyền tới 54Mbps, băng

KT Truyền dẫn số - TS Đỗ Công Hùng

42 42

07/27/15

: Chuẩn ETSI cho hệ thống DVB-T ETSI cho hệ thống DVB-T. . : Dự án Magic Magic WAND sử dụng các modem OFDM cho IEEE 802.11a cho chuẩn IEEE 802.11a thông 20Mhz trên băng tần 5Mhz. thông 20Mhz trên băng tần 5Mhz.

, etc.) Flash-OFDM, etc.) wireless cố định (V-OFDM, cố định (V-OFDM, Flash-OFDM

cho wireless IEEE 802.11g cho LAN với tốc độ truyền tới 54Mbps, băng thông wireless LAN với tốc độ truyền tới 54Mbps, băng thông 2000: Bản quyền truy nhập mạng 2000: 2002: Chuẩn 2002

IEEE 802.16-2004 cho MAN (WiMAX) wireless MAN (WiMAX)

IEEE 802.11n cho mạng LAN thế hệ mới với tốc độ truyền từ 200- wireless LAN thế hệ mới với tốc độ truyền từ 200- cho wireless DVB-H cho mạng wireless

cho hệ thống UWB- wireless PAN sử dụng MB-OFDM wireless PAN sử dụng MB-OFDM

IEEE 802.15.3a cho hệ thống UWB- 2004: Chuẩn 2004 2005: Ứng cử viên cho các chuẩn tế bào di động 2005:

với tên gọi là High Speed OFDM Packet Access

Bản quyền truy nhập mạng wireless : Chuẩn IEEE 802.11g 20Mhz trên băng tần 2.4 Mhz. 20Mhz trên băng tần 2.4 Mhz. 2004: Chuẩn : Chuẩn IEEE 802.16-2004 2004 : Chuẩn ETSI cho hệ thống DVB-H 2004: Chuẩn ETSI cho hệ thống 2004 : Chuẩn IEEE 802.11n 2004: Chuẩn 2004 540Mbps trên băng tần 2, 4 và 5Mh nhờ sự kết hợp của OFDM và công nghệ MIMO. 540Mbps trên băng tần 2, 4 và 5Mh nhờ sự kết hợp của OFDM và công nghệ MIMO. : Chuẩn IEEE 802.15.3a (3GPP & 3GPP2 Ứng cử viên cho các chuẩn tế bào di động 3.75G3.75G (3GPP & 3GPP2 (HSOPA) High Speed OFDM Packet Access (HSOPA) Long Term Evolution)))) với tên gọi là Long Term Evolution : Ứng cử viên cho các hệ thống thông tin vô tuyến thế hệ 4G4G

OFDM thích nghi (AOFDM). ).

KT Truyền dẫn số - TS Đỗ Công Hùng

43 43

07/27/15

2006: Ứng cử viên cho các hệ thống thông tin vô tuyến thế hệ 2006 Sự phát triển của OFDM liên tục theo các mốc thời gian như trên chứng tỏ rằng đây là Sự phát triển của OFDM liên tục theo các mốc thời gian như trên chứng tỏ rằng đây là một giải pháp hữu hiệu và được ứng dụng rộng rãi không chỉ cho các hệ thống một giải pháp hữu hiệu và được ứng dụng rộng rãi không chỉ cho các hệ thống (UWB). thông tin băng rộng mà còn cả cho hệ thống thông tin băng cực rộng (UWB). thông tin băng rộng mà còn cả cho hệ thống thông tin băng cực rộng Ứng dụng OFDM cho các hệ thống 4G cùng công nghệ MIMO 2010: Ứng dụng OFDM cho các hệ thống 4G cùng công nghệ MIMO 2010: là một chủ đề hiện được các Các biện pháp nâng cao chất lượng hệ thống OFDM là một chủ đề hiện được các Các biện pháp nâng cao chất lượng hệ thống OFDM nhà khoa học trên thế giới hết sức tập trung nghiên cứu. Một trong những hướng nhà khoa học trên thế giới hết sức tập trung nghiên cứu. Một trong những hướng nghiên cứu mới về OFDM là OFDM thích nghi (AOFDM nghiên cứu mới về OFDM là sẽ được phân tích cụ thể trong mục tiếp theo. Các nội dung cơ bản của AOFDM sẽ được phân tích cụ thể trong mục tiếp theo. Các nội dung cơ bản của AOFDM

ệ ệ

ở ở

3.7. OFDM thích nghi 3.7. OFDM thích nghi ề ở 3.7.1. ý tưư ng và ề ởng và i u ki n OFDM thích nghi đđi u ki n OFDM thích nghi 3.7.1. ý t

ủ ưư ng c a pha ủng c a pha inh t đđinh t i các sóng i các sóng

ớ ả ầ ố nh h ọ ọ Trên các kênh pha ảnh h inh ch n l c theo t n s : kênh pha đđinh ch n l c theo t n s : ớ ầ ố ọ ọ Trên các ặ ặc tính BER trên các sóng mang con là khác nhau mang con là khác nhau, đđ c tính BER trên các sóng mang con là khác nhau mang con là khác nhau,

 ệ ủ ợ

ổ ổ ế đ i ch m ố ề thay đ i các tham s phát trên các sóng mang ậ , có thể tăng ch t lấ ư ng c a thích nghi

Trong đi u ki n kênh bi n ằ b ng cách ề ề ý tư ng AOFDM: ở ệ ố h th ng OFDM ệ theo đi u ki n truy n.

3.7.2. Chu trình thích nghi 3.7.2. Chu trình thích nghi

• ợ ƯƯ c lớc lớ ưư ng kênh ợng kênh (Channel Estimation). (Channel Estimation).

 ổ ổ ố ố i tham s thích nghi Thay đđ i tham s thích nghi Thay (Parameter Adaptation) (Parameter Adaptation)

KT Truyền dẫn số - TS Đỗ Công Hùng

44 44

07/27/15

• ệ Báo hi u tham s ệ Báo hi u tham s ố (Signaling Parameters) (Signaling Parameters) ố

3.7.3. Thích nghi tham s ố (Parameter Adaptation) (Parameter Adaptation) 3.7.3. Thích nghi tham s ố

•

Adaptive Modulation : : Thích nghi các s Adaptive Modulation

ế Thích nghi các sơơ đđ ồ ồ đđi u ch ề i u ch ề ế

ậ b c cao ậb c cao

theo SNR trên các sóng mang theo SNR trên các sóng mang

((Steele, Webb 1991)

•

Adaptive Coding : : Thích nghi Adaptive Coding

Thích nghi các

ố tham s mã các tham s mã ố

hoáhoá

theo SNR trên các sóng mang theo SNR trên các sóng mang

(Sampei, Gold Smith, Pearce, Hanzo...

... 2000) , ,

ố ố

Thích nghi tham s OFDM Thích nghi tham s OFDM

(Lai Lifeng2003) (Lai Lifeng2003)

•

ề ấ ề ấ

ậ ậ

Adaptive Mapping : :  Đ xu t trong lu n án TS Đ xu t trong lu n án TS Adaptive Mapping

KT Truyền dẫn số - TS Đỗ Công Hùng

45 45

07/27/15

1. Ước lượng kênh 1. Ước lượng kênh

của kênh trên các băng con. Xác định hàm truyền đạt của kênh trên các băng con. - Xác định hàm truyền đạt Phương pháp sử dụng các sóng mang Pilot - Phương pháp sử dụng các sóng mang Pilot

KT Truyền dẫn số - TS Đỗ Công Hùng

07/27/15

2. Các phương thức báo hiệu 2. Các phương thức báo hiệu

ở ở

Downlink Các dạng điều chế tín hiệu được sử dụng bởi BS

BS Đánh giá chất lượng kênh nhận được và quyết định dạng truyền của TX tại chỗ

ệ  Báo hi u vòng h Báo hi u vòng h ệ MS Đánh giá chất lượng kênh quan sát được và quyết định dạng truyền của TX tại chỗ

ệ  Báo hi u vòng kín Báo hi u vòng kín ệ

Downlink Các dạng điều chế tín hiệu được sử dụng bởi MS

BS Đánh giá chất lượng kênh quan sát được và báo hiệu dang truyền yêu cầu tới MSTX

MS Đánh giá chất lượng kênh quan sát được và báo hiệu dang truyền yêu cầu tới BSTX

KT Truyền dẫn số - TS Đỗ Công Hùng

07/27/15

3. Điều chế thích nghi 3. Điều chế thích nghi

 Mã hóa thích nghi

Mã hóa thích nghi…..…..

ố ố

 Thích nghi tham s OFDM Thích nghi tham s OFDM

….….

ề ề

ế  Đi u ch thích nghi Đi u ch thích nghi ế

KT Truyền dẫn số - TS Đỗ Công Hùng

07/27/15

Chương 4. Lý thuyết về điều chế đa mức Chương 4. Lý thuyết về điều chế đa mức

CU LY BIT 1

4.1. Đặt vấn đề - -  Nhu cầu về dung lượng của HTTT Nhu cầu về điều chế thích nghi trên kênh chọn lọc theo tần số Vai trò điều chế đa mức

CU LY BIT 1 01

4.2. Phân biệt HTTT nhị phân và đa mức

4.3. Các bộ điều chế M-PSK

- Ánh xạ giữa tập bit được truyền và tập symbol tín hiệu 11

- Mỗi Symbol tín hiệu tương ứng với

log M bit Data

CU LY BIT 1

010

011

Điều chế QPSK

011

001

010

001

- Xét bộ ánh xạ Gray, SP

- Mỗi Symbol truyền đi tương ứng

100

000

110

000

với 2 bit Data

101

111

100

Điều chế 8-PSK

110

101

- Xét bộ ánh xạ Gray, SP

KT Truyền dẫn số - TS Đỗ Công Hùng

07/27/15

- Mỗi Symbol truyền đi tương đương với 3 bit Data

CULY BIT 2

4.4. Các bộ điều chế M-QAM

- Ánh xạ giữa tập bit truyền và tập symbol tín hiệu

- Mỗi Symbol tín hiệu tương đương với log2 M bit Data Điều chế 4-QAM

- Mỗi Symbol truyền đi tương đương với 2 bit Data

- Xét sự tương đương với 4-PSK/QPSK

Điều chế 16-QAM

CU LY BIT 1

- Xét bộ ánh xạ Gray, SP

1111

1011

1010

1110

0111

0011

0010

0110

0101

0001

0000

0100

1101

1001

1000

1100

KT Truyền dẫn số - TS Đỗ Công Hùng

07/27/15

- Mỗi Symbol truyền đi tương đương với 4 bit Data

 Nhận xét: ( xem thêm trang 130 KT truyền dẫn số)

Để cùng đạt được một BER đã cho, với M>8, EQ sẽ lợi hơn Ep ( với EQ là năng lượng max của tín hiệu QAM, do đó năng lượng trung bình của tín

hiệu M-QAM sẽ còn bé hơn). Với hệ thống có dung lượng lớn ( tốc độ bít lớn) người ta thường sử

dụng các bộ điều chế đa mức để tiết kiệm phổ tần như 2,4,8 PSK, hay

4, 16, 64…QAM

Trong hệ thống điều chế đa mức người ta còn đánh giá sai lỗi của hệ

thống qua chỉ số SER (Symbol Error Rate)

Trong hệ thống M mức, mỗi symbol gồm k bít (k=log2M)

SER/k≤BER≤SER

BER=SER/log2M

4.5.Ứng dụng các bộ điều chế đa mức trong HTTT

Ứng dụng trong OFDM thích nghi

Ứng dụng trong OFDM-BICM-ID ánh xạ thích nghi

KT Truyền dẫn số - TS Đỗ Công Hùng

- 07/27/15

4.6. Mô phỏng các HTTT và HT điều chế đa mức 4.6. Mô phỏng các HTTT và HT điều chế đa mức

KT Truyền dẫn số - TS Đỗ Công Hùng

07/27/15

Thuật toán thích nghi Thuật toán thích nghi

ớ ứ Ban đ uầ v i m c SNR = 0

BPSK

Tăng SNR = 0,1,2,..,35

BPSK

ế

ề

ứ Tăng m c đi u ch : QPSK, 8PSK, 16QAM, 64QAM….

KT Truyền dẫn số - TS Đỗ Công Hùng

07/27/15

ế

ả K t qu BER

ủ ệ ố c a h th ng OFDM ệ ố

trên kênh pha đinh Rice có h s k=32 , D=40

KT Truyền dẫn số - TS Đỗ Công Hùng

07/27/15

ả

ủ ệ ố

ệ ố

ế ụ

K t qu BER c a h th ng OFDM thích nghi ớ v i BER m c tiêu là 104 trên kênh pha đinh Rice có h s k=32 , D=40 .

KT Truyền dẫn số - TS Đỗ Công Hùng

07/27/15

ế

ả ố ệ ố

ụ ệ ố

K t qu s bít trung bình trên 1 sóng mang con BPSc ớ H th ng AOFDM v i BER m c tiêu 104 trên kênh pha đinh Rice có h s k=32 , D=40

KT Truyền dẫn số - TS Đỗ Công Hùng

07/27/15

Tóm tắt 4 chương Tóm tắt 4 chương



Các nội dung đã trình bày Các nội dung đã trình bày Phân tích cơ sở lý thuyết  kênh truyền dẫn đa đường Phân tích cơ sở lý thuyết kênh truyền dẫn đa đường Cơ sở lý thuyết Điều chế đa mức Cơ sở lý thuyết Điều chế đa mức Cơ sở lý thuyết hệ thống OFDM Cơ sở lý thuyết hệ thống OFDM Cơ sở lý thuyết thích nghi Cơ sở lý thuyết thích nghi OFDM, OFDM Thích Xây dựng mô hình và khảo sát chất lượng BER của hệ thống OFDM, OFDM Thích Xây dựng mô hình và khảo sát chất lượng BER của hệ thống Tạp âm Gauss.. có sự tác động đồng thời của Tạp âm Gauss nghi trên kênh fading đa đường có sự tác động đồng thời của nghi trên kênh fading đa đường

4.7. Vai trò của mã hóa trong HTTT và HT điều chế đa mức 4.7. Vai trò của mã hóa trong HTTT và HT điều chế đa mức -

KT Truyền dẫn số - TS Đỗ Công Hùng

07/27/15

Vai trò của mã hóa trong HTTT Vai trò của mã hóa trong HTTT Vai trò của mã hóa trong HT điều chế đa mức Vai trò của mã hóa trong HT điều chế đa mức

4.8. Một số hướng nghiên cứu 4.8. Một số hướng nghiên cứu

Giải quyết các hạn chế của OFDM Nâng cao chất lượng hệ thống OFDM

58 58

(Hình 5) KT Truyền dẫn số - TS Đỗ Công Hùng

07/27/15

Đồng bộ sóng mang OFDM Giảm tỷ lệ công suất đỉnh/trung bình Adaptive OFDM Dùng mã hóa

ề

ổ

ỏ

ượ

ờ ng k nh

ặ ấ ụ ỡ ỏ

ạ

Chương 5: T ng quan v Mó ho ề 5.1. Đ t v n đ ờ 5.2. M h nh k nh và dung l ệ ỏ 5.3. C c kh i ni m chung  Phõn lo i mó húa

Nguồn tin Mã nguồn Mã kênh Điều chế Kênh

Nhận tin Giải Mã N Giải mã K Giải ĐC

ộ ồ

ả ở ỏ ử ể ệ i mó ỏ m y thu đ ph t hi n và s a

ỏ ớ ủ ờ

ệ ỗ ể ỏ ự ộ ỏ ạ ờ ầ t i và y u c u đ ng ph t l i (ARQ) ho c t ặ ự

ỏ ớ ử s a sai (FEC). ự ế ờ ụ ề ạ ờ ự ế ớ ề ể ạ ỏ ỏ ớ ư ủ Mó ngu nồ : lo i b c c b t d c a ngu n tin, n n DL ố ỏ ử ụ ở ỏ ờ Mó k nhờ : th m c c b t mó m y ph t, s d ng kh i gi ề ỏ ộ sai do t c đ ng c a k nh truy n. ỏ ự D a vào c c b t mó, M y thu cú th ph t hi n l đ ng ộ Trong th c t ệ ố ộ , K nh truy n là k nh d ng súng, kh ng th truy n tr c ti p t n hi u s , b

KT Truyền dẫn số - TS Đỗ Công Hùng

59 59

07/27/15

ỗ ạ ỗ ớ ứ ế ề ế ổ Đi u ch cú ch c năng bi n đ i chu i b t thành chu i d ng súng (symbol)

ế ệ ề chu i đ u ra c a b gi

ố ủ ỏ ớ ề ự ư ể ụ ủ ộ ả i đi u ch cú th kh ng gi ng h t nh ụ ờ i mó k nh là d a vào th ng tin c a c c b t mó đó

ả ầ ờ ỗ ầ ụ ủ ộ ế, nhi m v c a b Gi ỗ ỗ ệ i mó thành chu i cú l

ề ố ờ ọ ộ ả ấ . ỏ i nh nh t ợ ế ợ ớ ố mó k nh đu c k t h p v i kh i đi u ch ỏ ế thành m t kh i, g i là mó ho ố

ượ ỏ ộ ộ ầ tr SNR c n thi

ỏ ằ b ng gi ề ế ể ạ ượ BER, FER t đ đ t đ ộ ứ ạ ầ

ế

 Lý thuy t mó k nh Shannon (1948): ờ

ậ ủ ể ả ụ c c đ nh gi ố ộ là t c đ truy n, đ r ng băng t n, đ ph c t p..). ộ ả ủ ờ ỏ ộ Do t c đ ng c a k nh truy n, ề ộ đ u vào b Đi u ch ể gi th m vào đ ộ ố Trong m t s HT, kh i ạ TCM). d ng súng ( ỏ ị ủ ấ ượ ng c a m t b mó đ Ch t l ự ả ỏ ho c ặ PER y u c u. (S tr gi ộ ộ ờ ầ ả Mó m t:ậ Mó húa đ đ m b o đ b o m t c a th ng tin

ầ ụ ạ ớ ờ V i k nh AWGN cú băng t n v h n:

log

(cid:0)sb /

)

P 2 N

1 2

(cid:0) (cid:0) (cid:0)

0/2:m t đ ph c ng su t t p õm song bi n, P: C ng suõt trung b nh

ượ ậ ộ ấ ạ ổ ụ ụ ờ ỡ C: Dung l ờ ng k nh; N

ệ

KT Truyền dẫn số - TS Đỗ Công Hùng

60 60

07/27/15

ờ ỏ ỳ ờ ủ ớ c a t n hi u. ề ố ớ C: s b t truy n tr n 1s v i t ớ ỷ ệ ỗ l l i nh tu ý qua k nh.

ờ ờ ớ ớ

ồ ạ ỏ ộ ồ ạ ỏ ộ ề ớ ỏ ề ớ ỏ ể ể ấ i c c b mó đ truy n v i x c su t ấ i c c b mó đ truy n v i x c su t

ng ng). ng ng).

ể ể ế ế

ề ượ ể ề ượ ể ẵ ẵ ầ ầ ấ ế ấ ế ỏ ỏ ng h p đ u vào nh phõn, đ u ra b t k , t c đ mó ng h p đ u vào nh phõn, đ u ra b t k , t c đ mó ỏ ả c đ tho món x c su t ti n đ n 0. ả ỏ c đ tho món x c su t ti n đ n 0. ớ ạ i h n Shannon là x c su t l ớ ạ i h n Shannon là x c su t l , gi , gi ấ ỗ ớ i b t ấ ỗ ớ i b t

 Lý thuy t mó k nh Shannon :: N u t c đ mó RC: kh ng cú m t b mó nào cú th truy n đ ộ ộ ế N u R>C: kh ng cú m t b mó nào cú th truy n đ ấ ỳ ố ộ ị ợ ườ Tr ợ ấ ỳ ố ộ ị ườ Tr t (e)=1055 t PPbb(e)=10

ờ ờ

 Phõn lo i mó k nh: ạ Phõn lo i mó k nh: ạ

ụ ụ ầ ầ ạ ấ ỉ i x p x 0.2 dB. ạ ấ ỉ i x p x 0.2 dB.

Mã kênh

Mã chuỗi có cấu trúc Mã dạng sóng

KT Truyền dẫn số - TS Đỗ Công Hùng

61 61

07/27/15

Mã khối (Hamming, RS, BCH) Mã xoắn (Convolution Code) Mã liên kết Nối tiếp (SCCC) Mã liên kết song song (PCCC- Turbo) Mã kết hợp Liên kết (TCM, BICM-ID)

 Mã khối (n,k): - - - -

Được nghiên cứu đầu tiên nên hoàn chỉnh về mặt lý thuyết. Gồm n từ mã, trong đó có k bít tin. (số lượng bít dư là n-k, tốc độ mã hoá là k/n). K bít tin đuợc sắp xếp độc lập giữa các từ mã nên đuợc gọi là mã không nhớ. Đầu tiên là mã Hamming, sau đó là mã RS, Mã BCH ( tổng quát cho bộ mã Hamming và Golay) có tối ưu khoảng cách giữa các từ mã với khả năng sửa lỗi cụm mạnh, thường sử dụng trong các mã liên kết Các thuật toán giải mã: Giải mã ngưỡng, giải bằng hàm số tuyến tính, giải mã tuần tự…

 -

Nhận xét: Chuỗi DL phát có cấu trúc khung, bộ giải mã làm việc sau khi toàn bộ khung đã thu được, dẫn đến trễ tín hiệu khi khung DL quá lớn. Giải mã khối đòi hỏi đồng bộ khung chính xác, bộ giải mã phải biết đâu là ký hiệu đầu tiên trong từ mã hoặc khung DL. Các bộ giải mã khối dựa trên cơ sở đại số thường là giải mã quyết định cứng, đầu vào bộ giải mã là các giá trị nhị phân. ( các bộ giải mã khối quyết định mềm có độ phức tạp lớn ). Cùng một độ phức tạp, mã xoắn cho chất lượng tốt hơn nhiều so với mã khối.

KT Truyền dẫn số - TS Đỗ Công Hùng

62 62

07/27/15

5.4. Mã Xoắn (convolutional Code) 5.4.1. Khái niệm chung: -



Ý tưởng: Với các khung tin lớn, nếu dùng mã khối thì các khối sẽ độc lập nhau. Trong khi việc truyền tín hiệu trên kênh là liên tiếp, các khung tín hiệu sẽ chịu tác động liên quan đến nhau. Làm sao cho các khối mã có liên hệ, dùng kết quả giải mã lần trước để làm tham số cho lần sau. Với kênh Gauss: phương sai σ2 có thể thay đổi. Vì vậy cần có giải mã quyết định mềm phù hợp với trạng thái của kênh.

Khái niệm: (Elias-1955): Là bộ mã có nhớ, k bít đầu vào được xắp xếp để tạo thành n bít đầu ra,

5.4.2. Thuật toán giải mã: -

là một hàm phụ thuộc vào quá khứ.

KT Truyền dẫn số - TS Đỗ Công Hùng

63 63

- -

Thuật toán giải mã tuần tự ( Wozencraft 1957 và được phát triển bởi Fano 1963) (số lượng tính toán giải mã là vô hạn), Thuật toán giải mã ngưỡng (Masey-1963) (số lượng tính toán hạn chế), Thuật toán Viterbi (VA-1967): Giải mã không tuần tự, giới hạn số lượng phép tính trên mỗi bước giải mã (không bị tràn như thuật toán giải mã chuỗi, đơn giản hơn thuật toán giải mã ngưỡng). Là thuật toán giải mã cực tiểu xác suất lỗi. 07/27/15

KT Truyền dẫn số - TS Đỗ Công Hùng

64 64

07/27/15

- 1966: Forney đưa ra ý tưởng liên kết các mã thành các tầng: Mã xoắn được sử dụng làm mã vòng trong, mã RS làm mã vòng ngoài kết hợp bộ xáo trộn, được sử dụng làm chuẩn NASA trong các HT TT vũ trụ. Nếu độ phức tạp của bộ mã hóa và giải mã tăng theo hàm đại số thì chất Theo Forney: Nếu độ phức tạp của bộ mã hóa và giải mã tăng theo hàm đại số thì chất Theo Forney: lượng sửa sai tăng theo hàm Log. lượng sửa sai tăng theo hàm Log. Chất lượng của các họ mã trên còn cách xa giới hạn Shannon: VD bộ mã Qualcom tốc Chất lượng của các họ mã trên còn cách xa giới hạn Shannon: VD bộ mã Qualcom tốc tại 4.3 dB. độ ½ với chiều dài ràng buộc k=7 chỉ đạt xác suất lỗi 10-5-5 tại 4.3 dB. độ ½ với chiều dài ràng buộc k=7 chỉ đạt xác suất lỗi 10 Các bộ mã liên kết song song ( Turbo hay PCCC) cùng với thuật toán giải mã 1993, 1996: Các bộ mã liên kết song song ( Turbo hay PCCC) cùng với thuật toán giải mã 1993, 1996: lăp được giới thiệu, chất lượng của các bộ mã này có thể tiến gần vài phần mười dB so lăp được giới thiệu, chất lượng của các bộ mã này có thể tiến gần vài phần mười dB so với giới hạn Shannon. với giới hạn Shannon. Các mã liên kết sau này (TCM, BICM-ID …đều sử dụng với mã hạt giống là mã xoắn Các mã liên kết sau này (TCM, BICM-ID …đều sử dụng với mã hạt giống là mã xoắn

ợ ị ợ ị

ử ử

ể 5.4.3.Tóm lưư c l ch s phát tri n ể c l ch s phát tri n 5.4.3.Tóm l

Ộ Ộ

Ờ Ờ

Ạ Ự Ạ Ự

Ầ Ự Ầ Ự

I MÃ TU N T I MÃ TU N T

Ề Ề Ể Ể

I MÃ NG I MÃ NG

ƯƯ NG MÃ XO N Ắ NG MÃ XO N Ắ Ế Ế

Ớ Ớ

Ụ Ụ

Ậ Ậ

Ụ ĂĂN X P PH C V N X P PH C V Ụ

Ậ Ậ

Ệ THU T TOÁN GI THU T TOÁN GI Ệ

I MÃ VITERBI I MÃ VITERBI

Ở Ỗ  Ý TÝ TƯƯ NG T O S RÀNG BU C TRONG CHU I TIN THEO TH I GIAN NG T O S RÀNG BU C TRONG CHU I TIN THEO TH I GIAN Ở Ỗ ELIAS ĐƯĐƯA RA KHÁI NI M Ệ A RA KHÁI NI M Ệ CONVOLUTIONAL CODES  1955 1955 ELIAS CONVOLUTIONAL CODES Ả Ấ PHPHƯƠƯƠNG PHÁP GI  1957 NG PHÁP GI XU T WOZENCRAFT ĐĐ XU T 1957 WOZENCRAFT Ả Ấ ƯƠƯƠNG PHÁP NÀY Ế  1963 NG PHÁP NÀY FANO PHÁT TRI N TI P PH 1963 FANO PHÁT TRI N TI P PH Ế Ả Ệ GI Ỡ Ợ  1963 1963 MASSEY G I Ý VI C ẢGI MASSEY G I Ý VI C Ệ Ỡ Ợ Ệ THU T TOÁN NG  1966 THU T TOÁN NG I THI U ZIGANGINOV GI 1966 ZIGANGINOV GI Ệ I THI U Ầ Ự Ả I MÃ TU N T GI Ầ Ự Ả I MÃ TU N T GI Ớ  1967 VITERBI GI 1967 VITERBI GI I THI U Ớ I THI U A RA KHÁI NI M LỆ 1967 FORNEY ĐƯĐƯA RA KHÁI NI M LỆ  1967 FORNEY

Ả Ả ƯƯ I ỚI Ớ (TRELLIS) (TRELLIS)

(Chuyªn ®Ò 2)

 Máy mã Wozencraft (Feed Forward) Máy mã Wozencraft (Feed Forward)

(cid:0)1I

…..

11D

11D (cid:0)

12D

(cid:0)

ị ị

(cid:0)bI

…..

b1D

b2D

1bD (cid:0)

ạ ạ

…..

ồ ổ  SSơơ đđ t ng quát ồ ổ t ng quát ầ b bit đđ u vào ầu vào b bit c bit ra c bit ra ị Giá tr bít ra ị Giá tr bít ra ộ ụ Ph thu c giá tr bít ộ ụ Ph thu c giá tr bít ầ đđ u vào và tr ng tháI u vào và tr ng tháI ầ ớ ủ c a ô nh . ớ ủ c a ô nh .

cO O1

ụ  Thí d mã [5 7] Thí d mã [5 7] ụ

KT Truyền dẫn số - TS Đỗ Công Hùng

07/27/15

(cid:0)

 Máy mã Fano (systematic) Máy mã Fano (systematic) (cid:0)1I

(cid:0)

… …

. . .

(cid:0)bI

ồ ổ  SSơơ đđ t ng quát ồ ổ t ng quát

BiÕn ®æi tuyÕn tÝnh

(cid:0)

…

1bO

…

ụ  Thí d mã [5 7] Thí d mã [5 7] ụ

+ D KT Truyền dẫn số - TS Đỗ Công Hùng

07/27/15

ả ồ ả ồ

Máy mã có ph n h i (Recursive Systematic) Máy mã có ph n h i (Recursive Systematic)

fm-1

Dj-1

Dj-2

Dj-m

ồ ổ  SSơơ đđ t ng quát ồ ổ t ng quát

+ uj

fm-1

fm-2

Dj-1

Dj-2

Dj-m

Có cùng hàm truy nề  Có cùng hàm truy nề

v D u D f D q D u D ( (

)

(

)

(

)

(

)

KT Truyền dẫn số - TS Đỗ Công Hùng

07/27/15

+ f 0 + 1

+ + ... + + ...

f D m m q D m

f D 1 q D 1

ễ ễ

ể ể

ở ạ ở ạ

ậ ậ

5.4.4. Bi u di n mã 5.4.4. Bi u di n mã

d ng ma tr n sinh d ng ma tr n sinh

...

(cid:0) (cid:0)

...

m ...

 v = uG v = uG

(cid:0) (cid:0)

GG ... 0 1 GG 0 1 ...

...

m ...

...

(cid:0) (cid:0) (cid:0)

(cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0)

...

)1(

...

0 vv

)1( 1

)1(

...

0 vv

)2( 0

1 vv

)2( 1

)2(

...

0 vv

)2( 1

BiÕn ®æi song song sang nèi tiÕp

ớ  V i mã [5,7]: ớV i mã [5,7]: = (11)  GG00 = (11) = (10)  GG11 = (10) (11) = (11)

 GG22 =

...

0uu

KT Truyền dẫn số - TS Đỗ Công Hùng

07/27/15

(cid:0) (cid:0)

ể ể

ằ ằ

ồ ồ

ạ ạ

ễ ễ 5.4.5. Bi u di n mã b ng 5.4.5. Bi u di n mã b ng

ể ể đđ hình chuy n tr ng thái hình chuy n tr ng thái

ấ ạ ấ ạ

ạ ạ

 C u t o máy mã: Xét mã 4 tr ng thái G [5 7] C u t o máy mã: Xét mã 4 tr ng thái G [5 7]

1/10

)1(v

1/01

0/01

0/10

)2(v

1/00

1/11

0/11

KT Truyền dẫn số - TS Đỗ Công Hùng

07/27/15

0/00

ể ể

ễ ễ

ở ạ ở ạ

5.4.6. Bi u di n mã 5.4.6. Bi u di n mã

d ng cây d ng cây

11 10

 Cây mã Cây mã ầ ầĐ u vào 1011 Đ u vào 1011 ầ ầĐ u ra 11 10 00 01 Đ u ra 11 10 00 01

11 00 01

11 10

11 00 01

KT Truyền dẫn số - TS Đỗ Công Hùng

07/27/15

ể ể

ạ ạ

ễ ễ 5.4.7. Bi u di n mã d ng l 5.4.7. Bi u di n mã d ng l

ưư iớiớ 00

11  ..

KT Truyền dẫn số - TS Đỗ Công Hùng

07/27/15

ủ ủ

ắ ệ ắ ệ 5.4.8. Các khái ni m c a mã xo n 5.4.8. Các khái ni m c a mã xo n

vvd

(cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0)

(cid:0)'

free

min vv '

ự ả  Kho ng cách t do Kho ng cách t ự ả do ộ ử ỗ ủ ả i c a b mã:

ấ ấ

ồ ồ

 Hàm truy n:ề

đưđư c ợc ợ

ề ề

ồ ồ

freefree/2 /2 ổ ạ ể đđ i tr ng thái máy mã, ta tìm ừ đđ hình chuy n Hàm truy n:ề Xu t phát t ổ ại tr ng thái máy mã, ta tìm hình chuy n Xu t phát t ể ừ ẩ ệ ậ ưưu u đđ tín hi u chu n. ằ tín hi u chu n. hàm truy n b ng kĩ thu t l ẩ ệ ậ ằ hàm truy n b ng kĩ thu t l

KT Truyền dẫn số - TS Đỗ Công Hùng

07/27/15

(cid:0)

Hàm truy n:ề Hàm truy n:ề

Suy ra: T(W)=W

Suy ra: /(12W) T(W)=W55/(12W) = W= W55+2W+2W66 +4W +4W7 +..+ 7 +..+ 2 2kk W Wk+5k+5 Do Do đđó dó dfreefree=5=5

KT Truyền dẫn số - TS Đỗ Công Hùng

07/27/15

ả ả

5.4.9. Gi 5.4.9. Gi

i mã Maximum Likelihood ( h p l i mã Maximum Likelihood ( h p l

ợ ẽ ự đđ i)ại)ạ ợ ẽ ự C c C c

ợ ừ ợ ừc t đưđư c t mã 11 00 11 00 10 mã 11 00 11 00 10

ợ ợ

KT Truyền dẫn số - TS Đỗ Công Hùng

07/27/15

ự ự ỉ ử  Có dCó dHH=5, G a s thu =5, G a s thu ỉ ử ta giai mã ọ ừ  Ch n t mã Ch n t ọ ừ mã ợ ưư c lớc lớ ưư ng r ợng r ta giai mã đưđư c 11 10 11 00 00, s a c 11 10 11 00 00, s a sao cho có c ly t ,, sao cho có c ly t ợ ử đưđư c 2 bít. ợc 2 bít. ử ợ mã r thu ợ mã r thu ớ ừ i t ớ ừ i t ấ đưđư c là nh nh t ỏ c là nh nh t ỏ ấ

ả ả

5.4.10. Gi 5.4.10. Gi

i mã Viterbi i mã Viterbi

ả ử ả ử

ỗ ỗ

s chu i thu vào là: 10 01 10 01 01 00 s chu i thu vào là: 10 01 10 01 01 00

ẽ ẽ

ả ả

Ta có dfreefree=5 : Gi =5 : Gi  Ta có d  Gi Gi

i mã s là : 11 01 10 01 11 00 (s a i mã s là : 11 01 10 01 11 00 (s a

ợ ử đưđư c 2 bit) ợc 2 bit) ử

KT Truyền dẫn số - TS Đỗ Công Hùng

07/27/15

ớ ạ ớ ạ

ợ ợ

ộ ợ ộ ợ l

5.4.11.Gi 5.4.11.Gi

i h n dung l i h n dung l

ưư ng và m c ng và m c

ứ đđ ộ ộ đđ l ứ

i mã hoá i mã hoá

R= 0(-1.6dB)

eP 110(cid:0)

R= 1/2(0dB)

 ..

Uncoded BPSK

210(cid:0)

R= 3/4(0.86dB)

310(cid:0)

410(cid:0)

9.6dB 11.2dB

510(cid:0)

12.06dB

610(cid:0)

-2

KT Truyền dẫn số - TS Đỗ Công Hùng

07/27/15

/ NEb

(cid:0)

(cid:0)dB0

ế ố ế ế ố ế

5.5. Mã liên k t n i ti p (SCCC) 5.5. Mã liên k t n i ti p (SCCC)

ỗ ụ ố ủ ỗ ụ ố ủ

ử ỗ ủ ử ỗ ủ

t c a mã RS và kh n t c a mã RS và kh n

ả ăăng s a l ng s a l ả

i c m t i c m t

i c a mã i c a mã

ạ ạ

ợ ợ

ớ ớ

ế ố ế ớ  Liên k t n i ti p v i mã ReedSolomon Liên k t n i ti p v i mã ReedSolomon ế ố ế ớ ở Forney n : mã vòng ngoài là mã RS và mã vòng trong là mã xo n, ắ ệ ớ Forney năăm 1967 m 1967: mã vòng ngoài là mã RS và mã vòng trong là mã xo n, ắ i thi u b i Gi ớ ở ệ i thi u b i Gi ộ ộ ở ệ t nhau b i 1 b xáo tr n bít. cách bi ộ ộ ở ệ t nhau b i 1 b xáo tr n bít. cách bi ố ả ăăng ch ng l ợ đưđư c kh N ợ ụ ƯƯuu: l ng ch ng l c kh N i d ng : l ố ả ợ ợ ụ i d ng ộ ắ ế ợ ớ ộ xo n k t h p v i b xáo tr n bít. ộ ắ ế ợ ớ ộ xo n k t h p v i b xáo tr n bít. NhNhưư c:ợc:ợ S lố S lố ưư ng tính toán l n, ch t l ng tính toán l n, ch t l

ỏ i vùng SNR nh . ỏ i vùng SNR nh .

ấ ưư ng kém t ng kém t ấ

vµo

ra

M· vá RS

Kªnh

M· ruét m· xo¾n

Gi¶i m· Viterbi

Gi¶i m· vá R.S

NhiÔu

KT Truyền dẫn số - TS Đỗ Công Hùng

07/27/15

ế ế

5.6. Mã liên k t song song (Turbo) 5.6. Mã liên k t song song (Turbo)

ắ ắ

ệ ố ệ ố

ộ ộ ệ đđ quy và b xáo tr n quy và b xáo tr n ộ ệ ộ

ề ề

ệ ệ

ặ ủ ặ ủ ợ ủ ợ ủ ệ ố ệ ố

ầ ặ ầ ặ

ệ ệ

ả ề ầ ầ i mã l p c a Berrou: đđ u ra m m SISO. u ra m m SISO. đđ u vào m m. u vào m m. ả ầ ề ầ i mã l p c a Berrou: ấ ậ ệ ấ ổ i mã là t ng h p c a xác su t tiên nghi m, xác su t h u nghi m ấ ậ ệ ấ ổ i mã là t ng h p c a xác su t tiên nghi m, xác su t h u nghi m ưư i cới cớ ơơ s . ở s . ở ợ ử ụ đưđư c s d ng làm thông tin tiên nghi m c s d ng làm thông tin tiên nghi m ợ ử ụ

ế ế

ộ ớ ộ ớ

xáo tr n l n, xáo tr n l n,

ầ ặ ầ ặ ớ ố ầ ặ ớ ố ầ ặ ế ế

ớ ộ ả ưư c b gi c b gi ớ ộ ả ỏ (ĐATN Thùy ) ỏ (ĐATN Thùy )

ộ ộ1. B mã hóa: 1. B mã hóa: ộ ấ ồ G m ít nh t 2 b mã xo n h th ng ấ ồ ộ G m ít nh t 2 b mã xo n h th ng ả i mã Turbo: 2. Gi ả i mã Turbo: 2. Gi ậ ử ụ S d ng thu t toán gi ậ ử ụ S d ng thu t toán gi ộ ả ầ Đ u ra b gi ầ ộ ả Đ u ra b gi ệ ố ề v bít h th ng theo các bít h th ng và l ệ ố ề v bít h th ng theo các bít h th ng và l ề Thông tin v các bít trong l n l p này ề Thông tin v các bít trong l n l p này cho l n l p ti p theo. cho l n l p ti p theo. V i s l n l p và kích th V i s l n l p và kích th ả  Các k t qu mô ph ng ả Các k t qu mô ph ng

KT Truyền dẫn số - TS Đỗ Công Hùng

07/27/15

5.7. Mã BICMID

(BitInterleaved Coded Modulation With Iterative Decoding)

ạ

5.7.I. T i sao dùng

BICMID?

•

ế ợ

đi u chề

1982 : Sơ đ ồ TCM c a ủ Ungerboek [40] ế ộ K t h p b mã hóa và ợ Có ch t lấ ư ng t

•

ế

ề 1992 : E. Zehavi – sơ đ Đi u ch mã hóa có xáo tr n bít

ố t trên kênh Gauss ồ ố Có ch t lấ ư ng t i

ợ t trên kênh pha ể ố ưu hóa theo tiêu chu n c c Gauss do không th t

và kém trên kênh pha đinh. ộ BICM [44] i ạ kém trên kênh đinh nhưng l ự ẩ ự đ i hóa c ạ

Euclid.

•

1997 : X.Li và Ritcey Sơ đ ồ BICM –ID[28]

ặ

K t h p BICM và gi

i mã l p

ợ

ả ả

ế ợ  Có ch t lấ ư ng t

ố c trên kênh Gauss và kênh pha

đinh

KT Truyền dẫn số - TS Đỗ Công Hùng

80 80

07/27/15

ả ả

5.7. 2. Nguyên lý gi 5.7. 2. Nguyên lý gi

i mã l p i mã l p

ặ BICMID ặ BICMID

KT Truyền dẫn số - TS Đỗ Công Hùng

81 81

07/27/15

(Hình 6)

ậ ậ

5.7.3. Nh n xét: 5.7.3. Nh n xét:

ộ ộ

ụ ụ

ph thu c: BICMID ph thu c: BICMID

Ch t l Ch t l

ủ ệ th ng ốth ng ố ủ ệ ng c a h ng c a h

ả ả

ấ ượ ấ ượ

ng gi ng gi

ề i đi u ch ề i đi u ch

không có thông tin tiên nghi mệ khi không có thông tin tiên nghi mệ

ế khi ế

vùng SNR th pấ )) ệ ở vùng SNR th pấ ệ ở

ầ ặ ầ ặ

ồ ồ

sau sau

ấ ượ ấ ượ • Ch t l Ch t l ặ ệ ố ( ho c khi h th ng làm vi c ặ ệ ố ( ho c khi h th ng làm vi c • M c đ c i thi n ả ệ khi có thông tin ph n h i trong các l n l p ứ ộ ả khi có thông tin ph n h i trong các l n l p M c đ c i thi n ả ệ ứ ộ ả ệ ở vùng SNR cao ệ ố vùng SNR cao).). (khi h th ng làm vi c ệ ở ệ ố (khi h th ng làm vi c

ộ ộ

ờ ờ

 Nh tăng ích xáo tr n bít và gi ả Nh tăng ích xáo tr n bít và gi ả

ặ i mã l p ặ i mã l p

ặ ặ

ượ ộ ủ ệ ố ượ ộ ủ ệ ố

 Đ c tính BER v Đ c tính BER v

t tr i c a h th ng t tr i c a h th ng

ể ể

i pháp đ nâng cao ch t l i pháp đ nâng cao ch t l

ệ ố ấ ượ h th ng h th ng ệ ố ấ ượ

ng ng

 BICMID ả là m t ộ gi gi BICMID là m t ộ ả AOFDM.. OFDM vàvà AOFDM OFDM

KT Truyền dẫn số - TS Đỗ Công Hùng

82 82

07/27/15

ỏ ỏ 5.7.4. Mô ph ng h th ng 5.7.4. Mô ph ng h th ng

ệ ố OFDM BICMID ệ ố OFDM BICMID

KT Truyền dẫn số - TS Đỗ Công Hùng

83 83

07/27/15

(Hình 9)

(Hình 10)

ế ế

ệ ố ệ ố

 K t qu mô ph ng ả ả K t qu mô ph ng

KET QUA BER HE THONG OFDM-BICM-ID MA (7, [133,171]) LAP 3

KET QUA BER OFDM-BICM-ID MA (7 [133,171]) LAP 5 0

0 10

ỏ h th ng OFDM BICM ỏ h th ng OFDM BICM IDID

-1

-2

-3

R E B

-3

D=40Hz

-4

D=40Hz

(a)

(b)

-5

-4

Ma xoan BICM-ID k=4 BICM-ID, k=32 BICM-ID,k=100

-6

Ma xoan k=4 k=8 k=32

6 SNR

KET QUA BER OFDM-BICM-ID MA (3 [5,7]) LAP 3

KET QUA BER OFDM-BICM-ID MA (5,7]) LAP 5, D=150

0 10

-1

-2

-3

D=40

(d)

D=150Hz

-3

-4

(c)

Ma xoan

k=8

-4

-5

k=16 k=32

k=100

Ma xoan k=4 k=16 k=32 k=100

-5

-6

6 SNR

ế ấ ế ấ

ươ ươ

BICMID có k t c u t BICMID có k t c u t

ể ả ả , có th c i thiên ố ơ , có th c i thiên ng đ i đ n gi n ể ả ả ố ơ ng đ i đ n gi n

ấ ượ ấ ượ

ệ ố ệ ố

 V i b mã ớ ộ V i b mã ớ ộ đáng kể ch t l ch t l đáng kể

ng h th ng OFDM trên kênh pha đinh +AWGN. ng h th ng OFDM trên kênh pha đinh +AWGN.

KT Truyền dẫn số - TS Đỗ Công Hùng

84 84

07/27/15

Thích nghi tham số (Parameter Adaptation) 5.7.5.OFDM Thích nghi tham số (Parameter Adaptation) 5.7.5.OFDM

•

( Adaptive Modulation) : Điều chế thích nghi ( Adaptive Modulation) : Điều chế thích nghi

Thích nghi các sơ đồ điều chế bậc (Steele, Webb -1991) -Thích nghi các sơ đồ điều chế bậc (Steele, Webb -1991) - theo SNR trên các sóng mang caocao theo SNR trên các sóng mang

•

(Adaptive Coding) : Mã hóa thích nghi (Adaptive Coding) : Mã hóa thích nghi

Thích (Sampei, Gold Smith, Pearce, Hanzo...- 2000) - Thích (Sampei, Gold Smith, Pearce, Hanzo...- 2000) - nghi các tham số mã hoá RRNSC, Tur bo. nghi các tham số mã hoá RRNSC, Tur bo.

•

(Adaptive parameters ) Tham số thích nghi (Adaptive parameters ) Tham số thích nghi

(Lai Lifeng-2003)- Thích nghi khoảng thời gian phòng (Lai Lifeng-2003)-

Thích nghi khoảng thời gian phòng vệ vệ

•

Thông lượng của hệ thống thay đổi Nhược điểm:: Thông lượng của hệ thống thay đổi Nhược điểm



Nghiên cứu phương pháp thích nghi mới -Ánh xạ thích Nghiên cứu phương pháp thích nghi mới -Ánh xạ thích

nghi (Adaptive Mapping) nghi (Adaptive Mapping)

( Xem thêm ĐATN- Đăng Ái- ĐHĐT K1) ( Xem thêm ĐATN- Đăng Ái- ĐHĐT K1) KT Truyền dẫn số - TS Đỗ Công Hùng

07/27/15

5.7.6. Kết quả nghiên cứu hệ thống AOFDM BICM –ID (Tham khảo)

ố ố

ề ề

AOFDM truy n th ng (Adaptive Modulation) AOFDM truy n th ng (Adaptive Modulation)

(Hình 11)

Hạn chế: •Thông lượng thông tin thay đổi trên các sóng mang. •Tỷ số công suất đỉnh trên trung bình •Quá trình thích nghi đa mức bị hạn chế tại ngưỡng mà tại đó các bộ mã sửa lỗi vẫn hoạt động tốt.

ả ảGi Gi



ỗ ỗ

ạ ạ

i bít theo SNR khác nhau i bít theo SNR khác nhau

ộ ủ c a các b ánh x tín ộ ủ c a các b ánh x tín

ộ ộ

ng SNR nh n bi ng SNR nh n bi ả ả ả ả

c c ượ ượ

ế ượ ậ t đ ậ ế ượ t đ ượ thông l thông l c ượ c

ng ng

i pháp Ánh xa thích nghi i pháp Ánh xa thích nghi ặ ợ ụ đ c tính l đ c tính l L i d ng L i d ng ặ ợ ụ ế ề ệ hi u đi u ch . ệ ế ề hi u đi u ch .  Thay đ i các b ánh x tín hi u theo ng ệ ổ ạ ưỡ Thay đ i các b ánh x tín hi u theo ng ệ ạ ổ ưỡ  T i u hóa đ c tính l ủ ệ ố ỗ ặ ố ư c a h th ng, đ m b o đ i bít T i u hóa đ c tính l ủ ệ ố ặ ố ư ỗ c a h th ng, đ m b o đ i bít ổ ủ ệ ố c a h th ng là không đ i. ổ ủ ệ ố c a h th ng là không đ i.

KT Truyền dẫn số - TS Đỗ Công Hùng

07/27/15

ạ ớ ạ ớ

ệ ố QPSKQPSK ệ ố

 Ánh x th ch nghi cho h th ng Ánh x th ch nghi cho h th ng ạ ọ ỏ ộ ỏ ạ ọ ỏ ộ ỏ

ự ự

• L a ch n c c b nh x QPSK L a ch n c c b nh x QPSK (Hình 12)

CULY BIT 2

CU LY BIT 1

CU LY BIT 1 01

ộ

ạ

ộ

ạ (b)B ánh x SP [ 0 1 2 3]

CU LY BIT 1

CULY BIT 2

CU LY BIT 1

CU LY BIT 2

(a) B ánh x Gray [ 0 1 3 2]

KT Truyền dẫn số - TS Đỗ Công Hùng

07/27/15

ộ

(d) B ánh x “

ạ 4 in 6” [ 0 2 1 3]

ạ

ộ

ệ ố ệ ố

ế ế

ạ ạ

ả ả

K t qu BER H th ng Ánh x thích nghi K t qu BER H th ng Ánh x thích nghi

QPSK QPSK

KET QUA BER HE THONG OFDM-BICM-ID 4PSK-MA (3,[5,7]) LAP 3

0 10

KET QUA BER HE THONG OFDM-BICM-ID 4PSK-MA (3,[5,7]) LAP 1 0 10

-1

-2

Gray SP MSEW 4 in 6 Adaptive

-2

Gray SP MSEW 4 in 6 Adaptive

-3

R E B

-4

-3

(a)

(b)

-5

-4

-6

-5

-7

SNR

KET QUA BER HE THONG OFDM-BICM-ID 4PSK-MA (3,[5,7]) LAP 6

KET QUA BER HE THONG OFDM-BICM-ID 4PSK-MA (3,[5,7]) LAP 9

0 10

-1

-2

Gray SP MSEW 4 in 6 Adaptive

-3

(c)

(d)

R E B

-4

-5

-6

Gray SP MSEW 4 in 6 Adaptive

-7

SNR

Dùng ph Dùng ph

ươ ươ ố ư ố ư

ạ ợ ạ ợ

i bít i bít

ể ề i ích đáng k t v ể ề i ích đáng k t v 88

07/27/15

ng c a h th ng là không đ i.

ủ ệ ố ủ ệ ố

ượ ượ

ổ ổ

ạ ạ ng pháp Ánh x thích nghi ng pháp Ánh x thích nghi  T i u hóa đ c tính l ủ ệ ố ỗ ặ c a h th ng, đ t l T i u hóa đ c tính l ủ ệ ố ỗ ặ c a h th ng, đ t l SNR SNR KT Truyền dẫn số - TS Đỗ Công Hùng  Thông l Thông l

ng c a h th ng là không đ i.

ạ ớ ạ ớ

(Hình 14)

ấ ấ

 Ánh x th ch nghi cho h th ng ệ ố 8PSK8PSK ệ ố Ánh x th ch nghi cho h th ng • C u tr c c c b nh x 8PSK truy n th ng ố ề ạ ỳ ỏ ộ ỏ ố ề ạ ỳ ỏ ộ ỏ C u tr c c c b nh x 8PSK truy n th ng

CU LY BIT 1

CU LY BIT 2

CU LY BIT 3

011

010

001

010

001

010

001

110

000

110

000

111

100

111

100

111

100

101

CU LY BIT 1

CU LY BIT 2

CU LY BIT 3

010

011

001

011

001

011

001

100

000

100

000

100

000

101

111

101

111

101

111

110

07/27/15

KT Truyền dẫn số - TS Đỗ Công Hùng ộ

ộ (a) B ánh x ạ Gray [0 1 3 2 7 6 4 5]

ạ (b) B ánh x SP [ 0 1 2 3 4 5 6 7]

(Hình 15)

ạ ạ

ấ ấ

ự ự

• C u trúc các b ánh x 8PSK ộ ộ C u trúc các b ánh x 8PSK

ớ ớ có c ly bít l n có c ly bít l n

CU LY BIT 1

CU LY BIT 2

CU LY BIT 3

111

010

001

010

001

010

001

100

000

100

000

100

000

011

110

011

110

011

110

101

CU LY BIT 3

CU LY BIT 1

CU LY BIT 2

100

001

011

001

011

001

011

110

000

110

000

110

000

101

111

101

111

101

111

010

KT Truyền dẫn số - TS Đỗ Công Hùng

07/27/15

ộ (c) B ánh x ạ Gray modified [ 0 1 3 5 4 6 7 2 ]

ạ ộ (d) B ánh x MSEWC [ 0 3 6 1 2 5 4 7 ]

ế ế

ệ ố ệ ố

ạ ạ

ả ả K t qu BER K t qu BER

H th ng Ánh x thích nghi H th ng Ánh x thích nghi

8PSK8PSK

KET QUA BER HE THONG OFDM-BICM-ID 8-PSK MA (3,[5,7]) LAP 3

KET QUA BER HE THONG OFDM-BICM-ID 8-PSK MA (3,[5,7]) LAP 1

0 10

-1

-2

Gray SP MSEW-C Gray Modified Adaptive

Gray GrayModified SP MSEW-C Adaptive

-2

-3

R E B

-4

(a)

-3

(b)

-5

-4

-6

-5

-7

7 SNR

KET QUA BER HE THONG OFDM-BICM-ID 8-PSK MA (3,[5,7]) LAP 9

KET QUA BER HE THONG OFDM-BICM-ID 8-PSK MA (3,[5,7]) LAP 6

0 10

-1

-2

Gray GrayModified SP MSEW-C Adaptive

-3

-4

R E B

(c)

-4

-5

(d)

-5

-6

-7

-8

-7

7 SNR

07/27/15

KT Truyền dẫn số - TS Đỗ Công Hùng (Hình 16)

ạ ớ ạ ớ

ấ ấ

 Ánh x th ch nghi cho h th ng Ánh x th ch nghi cho h th ng ạ 16QAM ỳ ỏ ộ ỏ ạ ỳ ỏ ộ ỏ

• C u tr c c c b nh x C u tr c c c b nh x

ệ ố 16QAM 16QAM ệ ố ố ề ề ố 16QAM truy n th ng truy n th ng (Hình 17)

CU LY BIT 1

CU LY BIT 4

CU LY BIT 2

CU LY BIT 3

1111

1011

1010

1110

1111

1011

1010

1110

1111

1011

1010

1110

1111

1011

1010

1110

0111

0011

0010

0110

0111

0011

0010

0110

0111

0011

0010

0110

0111

0011

0010

0110

0101

0001

0000

0100

0101

0001

0000

0100

0101

0001

0000

0100

0101

0001

0000

0100

1101

1001

1000

1100

1101

1001

1000

1100

1101

1001

1000

1100

1101

1001

1000

1100

CU LY BIT 2

CU LY BIT 1

CU LY BIT 3

CU LY BIT 4

0000

0001

0010

0011

0000

0001

0010

0011

0000

0001

0010

0011

0000

0001

0010

0011

0100

0101

0110

0111

0100

0101

0110

0111

0100

0101

0110

0111

0100

0101

0110

0111

1000

1001

1010

1011

1000

1001

1010

1011

1000

1001

1010

1011

1000

1001

1010

1011

1100

1101

1110

1111

1100

1101

1110

1111

1100

1101

1110

1111

1100

1101

1110

1111

KT Truyền dẫn số - TS Đỗ Công Hùng

07/27/15

ộ ạ Gray (a) B ánh x

ộ ạ SP (b) B ánh x

(Hình 18)

ạ ạ

ấ ấ

ự ự

ớ ớ

• C u trúc các b ánh x 16QAM ộ ộ C u trúc các b ánh x 16QAM

có c ly bít l n có c ly bít l n

CU LY BIT 2

CU LY BIT 4

CU LY BIT 1

CU LY BIT 3

1111

1001

1010

1110

1111

1001

1010

1110

1111

1001

1010

1110

1111

1001

1010

1110

0110

0011

0010

0111

0110

0011

0010

0111

0110

0011

0010

0111

0110

0011

0010

0111

0101

0001

0000

0100

0101

0001

0000

0100

0101

0001

0000

0100

0101

0001

0000

0100

1101

1011

1000

1100

1101

1011

1000

1100

1101

1011

1000

1100

1101

1011

1000

1100

CU LY BIT 1

CU LY BIT 2

CU LY BIT 4

CU LY BIT 3

0100

1111

1010

0001

0100

1111

1010

0001

0100

1111

1010

0001

0100

1111

1010

0001

0010

1001

1100

0111

0010

1001

1100

0111

0010

1001

1100

0111

0010

1001

1100

0111

1110

0101

0000

1011

1110

0101

0000

1011

1110

0101

0000

1011

1110

0101

0000

1011

1000

0011

0110

1101

1000

0011

0110

1101

1000

0011

0110

1101

1000

0011

0110

1101

KT Truyền dẫn số - TS Đỗ Công Hùng

07/27/15

ộ ạ Gray modifed (c) B ánh x

ộ ạ MSEW (d) B ánh x

ệ ố ệ ố

ạ ạ

ế ế

ả ả K t qu BER K t qu BER

H th ng Ánh x thích nghi H th ng Ánh x thích nghi

16QAM 16QAM

KET QUA BER HE THONG OFDM-BICM-ID 16-QAM-MA (3,[5,7]) LAP 1

KET QUA BER HE THONG OFDM-BICM-ID 16-QAM-MA (3,[5,7]) LAP 3

0 10

-1

-2

SP Gray Graymodified MSEW Adaptive HIPERLAN-II

SP Gray Graymodified MSEW Adaptive Hiperlan II

-2

-3

R E B

-4

-3

-5

-4

-6

7 SNR

KET QUA BER HE THONG OFDM-BICM-ID 16-QAM-MA (3,[5,7]) LAP 6

KET QUA BER HE THONG OFDM-BICM-ID 16-QAM-MA (3,[5,7]) LAP 9

0 10

-1

-2

SP Gray Graymodified MSEW Adaptive Hiperlan II

SP Gray Graymodified MSEW Adaptive HIPERLAN-II

-3

R E B

-4

(a) (b)

-4

-5

-6

-7

7 SNR

07/27/15

KT Truyền dẫn số - TS Đỗ Công Hùng (Hình 19)

ề ề

 Gi ả ả Gi

i pháp k t h p i pháp k t h p

ế ế Đi u ch thích và Đi u ch thích và

KET QUA BPSc HE THONG AOFDM-BICM-ID4, 8-PSK, 16 QAM LAP 1, 3 VA 6

KET QUA BER HE THONG AOFDM-BICM-ID 4, 8-PSK, 16 QAM LAP 1, 3 VA 6 -1

ạ ế ợ Ánh x thích nghi ạ ế ợ Ánh x thích nghi nghinghi

-2

Lap1 Lap 3 Lap 6

Lap 1 Lap 3 Lap 6

3.5

-3

R E B

c S P B

-4

2.5

-5

-6

SNR

8 SNR

10 (a)

(Hình 20)

(b) (a)

ợ

ợL i ích: L i ích:

ố ư ố ư

ặ ặ

ả ả

i bít i bít

trên toàn d i SNR. trên toàn d i SNR.

ỗ T i u hóa đ c tính l ỗ T i u hóa đ c tính l

ự ả ự ả

ế ế

ố ố

07/27/15

ố ố

ạ ạ ng t ng t

là tìm là tìm ả ả t trên các d i t trên các d i

ứ Tránh s nh y m c lên xu ng liên ti p. ứ Tránh s nh y m c lên xu ng liên ti p. NX:NX: M u ch t c a ươ ố ủ Ph ấ ươ ố ủ ấ Ph ng pháp ánh x thích nghi M u ch t c a ng pháp ánh x thích nghi KT Truyền dẫn số - TS Đỗ Công Hùng ấ ượ ệ có ch t l ạ ộ c ượ các b ánh x tín hi u ệ ạ ộ ấ ượ c ượđ các b ánh x tín hi u có ch t l đ SNR SNR

 NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ CÁC BỘ ÁNH XẠ NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ CÁC BỘ ÁNH XẠ

Căn cứ

ụ

ộ

ph thu c vào

ấ ượ ủ ệ ố Ch t l ng c a h th ng BICMID ạ ộ ủ trúc c a các b ánh x tín hi u

c u ấ ệ và SNR công tác (*) [28].

M c đích ạ

ự

ộ

ớ

ẩ

ạ

ụ  T o ra các b ánh x có c ly bít l n theo tiêu chu n

MSEW (Maximum Squared Euclidean Weight ).

ệ ạ

Hi n t

ộ ố ộ

ạ

ươ

ượ

M t s b ánh x tìm đ

c theo

ng pháp hàm b i ở Jutan, Gordon và Stuber (2005) [25], song quá ư ầ ủ ạ t p và ch a đ y đ .

truy nề ph c ứ ươ

ư

ệ ươ

ợ

ớ ng phápm i ứ ỗ ộ ạ M i b ánh x tín hi u đa m c có ộ ph ả ầ ng pháp thi C n ph i có m t

ặ đ c tr ng khác nhau. ế ế t k thích h p

KT Truyền dẫn số - TS Đỗ Công Hùng

07/27/15

THIẾT KẾ CÁC BỘ ÁNH XẠ

THIẾT KẾ CÁC BỘ ÁNH XẠ QPSKQPSK

CULY BIT 2

CU LY BIT 1 01

(Hình 21)

ố

ị

S hoán v 3! = 6

CU LY BIT 2

CU LY BIT 1

CULY BIT 2

ạ ộ (a) B ánh x Gray [ 0 1 3 2]

KT Truyền dẫn số - TS Đỗ Công Hùng

ộ ộ ạ (d) B ánh x “ ạ 4 in 6” [ 0 2 1 3]

 THIẾT KẾ CÁC BỘ ÁNH XẠ

8-PSK THIẾT KẾ CÁC BỘ ÁNH XẠ 8-PSK

CU LY BIT 1

010

011

001

ị

ể

100

000

các Đ nh nghĩa ệ đi m tín hi u trên Constellation

ờ Sinh các hoán vị nh hàm “ Perms”

101

111

110

trong MATLAP

c aủ

ố

S hoán v

ị 7! = 5040

(Hình 22)

ả

K t quế

ộ

ự

ạ

ự ệ ậ Tính toán h sồ ơ c ly bit ớ các t p tín hi u m i

ự

 24 b ánh x có c ly bít đ uề  96 b ánh x có c ly bít ạ

Phân chia thành nhóm ộ ạ đ uề và không đ uề các b ánh x

ố

ẩ

i đa theo tiêu chu n

ắ S p x p

ộ không đ uề ự Có c ly t MSEW

KT Truyền dẫn số - TS Đỗ Công Hùng

07/27/15

ế theo thư tự ậ ạ lưu và in ra các t p ánh x

CÁC BỘ ÁNH XẠ 8-PSK TÌM ĐƯỢC CÓ CỰ LY BÍT ĐỀU CÓ CỰ LY BÍT ĐỀU CÁC BỘ ÁNH XẠ 8-PSK TÌM ĐƯỢC

ự

ế

ả

ậ

ề ạ B ng 3.1: K t qu 10/24 t p ánh x 8PSK MSEWCH có c ly bít đ u

KT Truyền dẫn số - TS Đỗ Công Hùng

07/27/15

Ộ Ộ

Ể Ự Ể Ự

Ề Ề

Ễ Ễ

Ạ CÁC B ÁNH X 8PSK TÈM Đ Ạ CÁC B ÁNH X 8PSK TÈM Đ

ƯỢ C C LY BÍT KH NG Đ U ƯỢ C C LY BÍT KH NG Đ U

C C

100

07/27/15

ự

ế

ậ

ả

ạ ả B ng 3.2: K t qu 10/96 t p ánh x 8PSK MSEWCH có c ly bít không KT Truyền dẫn số - TS Đỗ Công Hùng đ uề

(Hình 23)

CẤU TRÚC MỘT SỐ BỘ ÁNH XẠ 8-PSK CẤU TRÚC MỘT SỐ BỘ ÁNH XẠ

MỚI ĐIỂN HÌNH 8-PSK MỚI ĐIỂN HÌNH

CU LY BIT 2

CU LY BIT 3

CU LY BIT 1

100

001

011

001

011

001

011

110

000

110

000

110

000

101

111

101

111

101

111

010

(a) B ánh x MSEWC [ 0 3 6 1 2 5 4 7] v i h s bít (2, 2, 3.4)

CU LY BIT 1

CU LY BIT 3

CU LY BIT 2

101

011

110

011

110

011

110

100

000

100

000

100

000

010

111

010

111

010

111

001

KT Truyền dẫn số - TS Đỗ Công Hùng

101

07/27/15

ớ ồ ơ ạ ộ

ớ ồ ơ ạ ộ (b) B ánh x MSEWCH1 [ 0 6 5 3 4 2 1 7] v i h s bít (4, 3.4, 2)

 THIẾT KẾ CÁC BỘ ÁNH XẠ

16-QAM THIẾT KẾ CÁC BỘ ÁNH XẠ 16-QAM

ỏ

ề

ứ ạ

ng pháp hàm truy n [25]

ra quá i

ầ ủ ph c t p và không đ y đ . ả ượ t quá kh năng

ớ 16! hoán v , ị v

ệ

ờ

ả

thi

ồ ớ

ả ề

ể ượ

ế M=2k m cứ có th đ

c coi là

k kênh truy n ề

ng pháp ộ

ế ế ự

ạ ừ ố

ượ

•Lý do Ph ươ V i 16 đi m trên constellation có t ể ớ ủ tính toán c a máy tính hi n th i. •Gi ế t ậ . ủ Thông tin ph n h i là đ tin c y • Kênh truy n v i đi u ch ề song song. •Ph ươ Các b ánh x m i

kh i bít t

c thi

ượ ế ợ

ề

t k d a trên ánh x t ấ đ ệ

ớ i ớ c k t h p truy n v i

ạ ớ đ Constenlation sao cho bít có đ b o v bít th p ệ

ộ ả cao h nơ . ị ủ c ng ộ modulo 2 giá tr c a các bít khác vào bít

ự c xét. ộ ả

ủ ả

ẽ ớ

ố

ộ ả bít có đ b o v bít  Th c hi n các phép ệ ượ đ  Đ b o v bít trung bình ệ

c a c kh i bit s l n h n.

KT Truyền dẫn số - TS Đỗ Công Hùng

102

07/27/15

16- QAM THUẬT TOÁN THIẾT KẾ CÁC BỘ ÁNH XẠ 16- QAM THUẬT TOÁN THIẾT KẾ CÁC BỘ ÁNH XẠ

Định nghĩa các điểm tín hiệu trên Constellation

Khai báo và tính toán hồ sơ cự ly bít của tập tín hiệu gốc

Sinh các phép biến đổi tuyến tính áp dụng lên vị trí mỗi bít

Tính toán hồ sơ cự ly bit của các tập tín hiệu mới

ọ

KT Truyền dẫn số - TS Đỗ Công Hùng

103

07/27/15

ệ ộ ẩ ự L a ch n theo tiêu chu n ớ L u ư các b tín hi u m i

KẾT QUẢ CÁC BỘ ÁNH XẠ 16-QAM KẾT QUẢ CÁC BỘ ÁNH XẠ

MỚI 16-QAM MỚI

104

07/27/15

KT Truyền dẫn số - TS Đỗ Công Hùng ậ

ệ

ả

ớ

ượ

ể

B ng 3.3. 12/99 t p tín hi u 16QAM m i tìm đ

c đi n hình

KẾT QUẢ TÌM CÁC BỘ ÁNH XẠ 16-QAM KẾT QUẢ TÌM CÁC BỘ ÁNH XẠ

MỚI 16-QAM MỚI

ệ

ả

ậ

ớ

ượ

ể

B ng 3.3. 12/99 t p tín hi u 16QAM m i tìm đ

c đi n hình

KT Truyền dẫn số - TS Đỗ Công Hùng

105

07/27/15

MỚI 16-QAM MỚI

CẤU TRÚC CÁC BỘ ÁNH XẠ 16-QAM CẤU TRÚC CÁC BỘ ÁNH XẠ (Hình 24)

CU LY BIT 4

CU LY BIT 2

CU LY BIT 3

CU LY BIT 1

1111

1001

1010

1100

1111

1001

1010

1100

1111

1001

1010

1100

1111

1001

1010

1100

0010

0100

0111

0001

0010

0100

0111

0001

0010

0100

0111

0001

0010

0100

0111

0001

-1

0101

0011

0000

0110

-1

0101

0011

0000

0110

-1

0101

0011

0000

0110

-1

0101

0011

0000

0110

-2

-3

1000 -3 -3

-2

1110 -1

1101 1

1011 3

1000 -3

-2

1110 -1

1101 1

1011 3

1000 -3 -3

-2

1110 -1

1101 1

1011 3

1000 -3 -3

-2

1110 -1

1101 1

1011 3

(24, 36, 40, 20) dt =120

CU LY BIT 1

CU LY BIT 3

CU LY BIT 2

CU LY BIT 4

0100

0001

1010

1111

0100

0001

1010

1111

0100

0001

1010

1111

0100

0001

1010

1111

0010

0111

1100

1001

0010

0111

1100

1001

0010

0111

1100

1001

0010

0111

1100

1001

-1

1110

1011

0000

0101

-1

1110

1011

0000

0101

-1

1110

1011

0000

0101

-1

1110

1011

0000

0101

-2

1000 -3 -3

-2

1101 -1

0110 1

0011 3

1000 -3 -3

-2

1101 -1

0110 1

0011 3

1000 -3 -3

-2

1101 -1

0110 1

0011 3

1000 -3 -3

-2

1101 -1

0110 1

0011 3

KT Truyền dẫn số - TS Đỗ Công Hùng

106

ạ ộ (a) B ánh x MSEW CH5 [11 4 6 13 2 9 15 8 14 5 3 12 7 16 10 1]

07/27/15 ộ (b) B ánh x MAX–CH1 [11 2 5 16 1 12 15 6 13 8 3 10 7 14 9 4]

(20, 32, 36, 36) dt =124

ạ

Kết luận chương 5 Kết luận chương 5

 Mã hóa

nói chung và mã sửa sai hướng đi

( FEC) nói riêng là nội dung mã sửa sai hướng đi ( FEC) nói riêng là nội dung

Mã hóa nói chung và không thể thiếu trong HTTT. không thể thiếu trong HTTT.  Chất lượng Chất lượng mã hóa và giải mã cải thiện đáng kể đặc tính lỗi bít của HTTT. mã hóa và giải mã cải thiện đáng kể đặc tính lỗi bít của HTTT.  Sự phát triển của các họ mã sửa sai: Sự phát triển của các họ mã sửa sai: mã khối, mã xoắn, mã SCCC, Turbo, mã khối, mã xoắn, mã SCCC, Turbo, TCM, BICM-ID… gắn liền với sự phát triển của TCM, BICM-ID…

HTTT. gắn liền với sự phát triển của các thế hệ của HTTT.

KT Truyền dẫn số - TS Đỗ Công Hùng

107

07/27/15

Khái niệm Khái niệm Cơ sở toán học Cơ sở toán học Thiết kế các bộ san bằng Thiết kế các bộ san bằng

trên một kênh tạp âm trắng chuẩn cộng tính: Dựa trên định lý Shannon 3: trên một kênh tạp âm trắng chuẩn cộng tính:

( 1+S/N) C=B.log22( 1+S/N)

Chương 6: Cơ sở lý thuyết về san bằng và trải phổ Chương 6: Cơ sở lý thuyết về san bằng và trải phổ 6.1. Kỹ thuật san bằng 6.1. Kỹ thuật san bằng - - - 6.2. Kỹ thuật trải phổ 6.2. Kỹ thuật trải phổ - - Từ cuối những năm 1940, ITT theo yêu cầu của BQP Mỹ về: Từ cuối những năm 1940, ITT theo yêu cầu của BQP Mỹ về: - Chống tác động của can nhiễu cố ý (jamming). - Chống tác động của can nhiễu cố ý (jamming). - Đảm bảo bảo mật thông tin - Đảm bảo bảo mật thông tin - Chống pha đinh đa đường - Chống pha đinh đa đường 6.2.1. Cơ sở lý thuyết trải phổ 6.2.1. Cơ sở lý thuyết trải phổ - - Dựa trên định lý Shannon 3: C=B.log Dung lượng kênh C: C: Dung lượng kênh B:B: Độ rộng phổ tần chiếm của tín hiệu Độ rộng phổ tần chiếm của tín hiệu -

Do vậy, cùng trên một băng thông C của kênh, có thể truyền đuợc tín hiệu với Do vậy, cùng trên một băng thông C của kênh, có thể truyền đuợc tín hiệu với S/N rất thấp nêú tín hiệu có phổ rộng B vô cùng. S/N rất thấp nêú tín hiệu có phổ rộng B vô cùng.

KT Truyền dẫn số - TS Đỗ Công Hùng

108

07/27/15

(đối phương không phát hiện đảm bảo được tính bảo mật cao (đối phương không phát hiện

HT như vậy có thể đảm bảo được tính bảo mật cao HT như vậy có thể do tín hiệu chìm vào nền nhiễu. được khi nào máy phát của ta hoạt động) do tín hiệu chìm vào nền nhiễu. được khi nào máy phát của ta hoạt động) Do sử dụng chuỗi giả ngẫu nhiên nên hầu như đối phuơng không thể giải được Do sử dụng chuỗi giả ngẫu nhiên nên hầu như đối phuơng không thể giải được mã tinmã tin ( Nhiễu cố ý và nhiễu chọn lọc Cho phép HT liên lạc tốt ở điều kiện nhiễu mạnh ( Nhiễu cố ý và nhiễu chọn lọc Cho phép HT liên lạc tốt ở điều kiện nhiễu mạnh theo tần số) theo tần số)

6.2.2. Đặc điểm của HT trải phổ 6.2.2. Đặc điểm của HT trải phổ -

cần truyền, trải phổ được thực hiện nhờ bộ mã trải phổ độc lập với DL cần truyền,

Độ rộng băng tần W của tín hiệu lớn hơn rất nhiều so với độ rộng băng tần tối Độ rộng băng tần W của tín hiệu lớn hơn rất nhiều so với độ rộng băng tần tối cần thiết để truyền TT. thiểu B cần thiết để truyền TT. thiểu B Việc Việc trải phổ được thực hiện nhờ bộ mã trải phổ độc lập với DL nhằm tạo ra tín hiệu tổng cộng gần giống tạp âm. nhằm tạo ra tín hiệu tổng cộng gần giống tạp âm. nén phổ được thực hiện nhờ tín hiệu giải trải phổ là bản sao đồng bộ Quá trình nén phổ được thực hiện nhờ tín hiệu giải trải phổ là bản sao đồng bộ Quá trình của tín hiệu trải phổ của tín hiệu trải phổ ( Các HT điều chế băng rộng như HT điều tần, HT điều chế mã xung dù thoả ( Các HT điều chế băng rộng như HT điều tần, HT điều chế mã xung dù thoả mãn điều kiện về độ rộng phổ nhưng không phải là HT trải phổ) mãn điều kiện về độ rộng phổ nhưng không phải là HT trải phổ) Hiệu quả trải phổ của HT được đánh giá bằng Hiệu quả trải phổ

của HT được đánh giá bằng Tăng ích xử lý

Tăng ích xử lý::

- PG=W/Bi PG=W/Bi

KT Truyền dẫn số - TS Đỗ Công Hùng

109

07/27/15

6.2.3. Hệ thống trải phổ trực tiếp DS (Direct Sequense) 6.2.3. Hệ thống trải phổ trực tiếp DS (Direct Sequense) -

phụ thuộc chủ yếu vào phổ của c(t) ) *C (ωω),), phụ thuộc chủ yếu vào phổ của c(t)

- -

Tín hiệu trải phổ, Tạp âm Gauss, nhiễu bao gồm các thành phần: Tín hiệu trải phổ, Tạp âm Gauss, nhiễu

(t)=1 ( là bản sao đồng bộ của c (t): do c22(t)=1

được nhân (cộng module 2) trực tiếp với chuỗi giả Chuỗi DL d(t) có phổ D (ωω)) được nhân (cộng module 2) trực tiếp với chuỗi giả Chuỗi DL d(t) có phổ D ( ngẫu nhiên c(t) có phổ C (ωω).). ngẫu nhiên c(t) có phổ C ( TTín hiệu sau trải phổ sẽ có dạng: d(t).c(t) ín hiệu sau trải phổ sẽ có dạng: d(t).c(t) Phổ tín hiệu trải phổ có dạng D (ωω) *C ( Phổ tín hiệu trải phổ có dạng D ( do tốc độ chíp trong HT trải phổ có tốc độ lớn hơn rất nhiều so với tốc độ DL. do tốc độ chíp trong HT trải phổ có tốc độ lớn hơn rất nhiều so với tốc độ DL. Tín hiệu thu bao gồm các thành phần: Tín hiệu thu băng hẹp… băng hẹp… Nhờ được nhân với chuỗi giải trải phổ ( là bản sao đồng bộ của c (t): do c Nhờ được nhân với chuỗi giải trải phổ d(t).c(t).c(t)=d(t) nên d(t).c(t).c(t)=d(t) nên Các nhiễu băng hẹp được nhân với c(t) nên bị trải ra. Các nhiễu băng hẹp được nhân với c(t) nên bị trải ra.

KT Truyền dẫn số - TS Đỗ Công Hùng

110

07/27/15

 Minh hoạ quá trình trải phổ: Minh hoạ quá trình trải phổ:

D(f)D(f)

C(f)C(f)

D(f)C(f) D(f)C(f)

D(f)C(f)C(f) D(f)C(f)C(f)

KT Truyền dẫn số - TS Đỗ Công Hùng

111

 Chú ý: Chú ý: - tại đầu vào máy thu bị trải do tác động của chuỗi Do các tín hiệu nhiễu băng hẹp tại đầu vào máy thu bị trải do tác động của chuỗi Do các tín hiệu nhiễu băng hẹp trải phổ nên tỉ số S/N tăng trải phổ nên tỉ số S/N tăng như tạp âm nhiệt và các Trải phổ không có tác dụng đáng kể với tạp băng rộng như tạp âm nhiệt và các Trải phổ không có tác dụng đáng kể với tạp băng rộng tín hiệu trải phổ băng rộng khác. tín hiệu trải phổ băng rộng khác. 07/27/15

IS-95). ệ thống thông tin CDMA ( (IS-95).

6.2.4. Một số HT trải phổ : 6.2.4. Một số HT trải phổ : - -

HHệ thống thông tin CDMA Hệ thống thông tin W-CDMA (IMT-2000). Hệ thống thông tin W-CDMA (IMT-2000).

KT Truyền dẫn số - TS Đỗ Công Hùng

112

07/27/15

Bài giảng Kỹ thuật truyền dẫn số - TS. Đỗ Công Hùng

Ạ Ọ

BÀI GIẢNG

Ẫ Ố

Ậ

Ỹ

Ề

Ỗ Ụ

Ự

lan 3-Tháng 6 - 2013

ụ ụ

ươ ươ

ộ

TT Di động, TT vệ tinh, TT quang…. ộN i dung N i dung

Tài liệu học tập Tài liệu học tập Giáo trình Giáo trình Đỗ Công Hùng, (2011) , Bài giảng Kỹ thuật truyền dẫn số, Đại Học Thành Đô, 1.1. Đỗ Công Hùng, (2011) , Bài giảng Kỹ thuật truyền dẫn số, Đại Học Thành Đô,

Tài liệu tham khảo Tài liệu tham khảo

Chương 1

Các khái niệm cơ bản và nguyên lý làm việc của HTTT số ( 5 tiết)

2.1. Đặt vấn đề -

2.2. Các khái niệm cơ bản về Kênh thông tin -

- Hiệu ứng Doopler (Xem thêm Trang 185- KT truyền dẫn) -

Sự thay đổi giá trị trung binh

Trải theo thời gian Trễ của tín hiệu

Suy giảm tín hiệu trung bình theo khoảng cách

Fading chọn lọc tần số

Fading chọn lọc tần số

2.5.Tác hại và các phương pháp xử lý Fading

Fading phẳng (Tổn hao SNR) Ts>Trải trễ Tm

Fading chậm ( Doppler thấp, tổn hại SNR) Tốc độ fading kênh Fd< Tốc độ Sym (W)

Miền thời Gian trễ

Miền Dịch tần Doppler

Fading nhanh (Doppler cao, Lỗi PLL, BER không giảm được)

Fading chọn lọc tần số (méo ISI, cắt xén xung, BER không giảm được

Fading chậm ( Doppler thấp, tổn hại SNR) Thời gian tương quan kênh To(Td) > thời gian symbol Ts

Fading phẳng (tổn hại SNR) Băng thông tương quan kênh B > tốc độ symbol W

Miền thời gian

Miền Tần số

Fading chọn lọc tần số (méo ISI, cắt xén xung, BER không giảm được

Fading nhanh (Doppler cao, Lỗi PLL, BER không giảm được)

2.6. Vai trò của OFDM với Fading nhanh và và Fading chọn lọc theo tần số - Để giảm méo do pha-đinh chọn lọc theo tần số, ngoài cách dùng các bộ lọc san bằng và các KT trải phổ thì OFDM là một phương pháp rất hiệu quả.

Kỹ thuật OFDM OFDM 3.1. Khái niệm, sự phát triển và vai trò của OFDM 3.1. Khái niệm, sự phát triển và vai trò của 3.1.1. Sự phát triển của OFDM 3.1.1. Sự phát triển của OFDM

3.2. Bản chất OFDM 3.2. Bản chất OFDM

(Cyclic Prefix) 3.3.2. Chèn tiền tố vòng CP (Cyclic Prefix) 3.3.2. Chèn tiền tố vòng CP

3.5. Thiết kế và lựa chọn các tham số OFDM

điểm của OFDM. 3.6. Ưu-nhược điểm của OFDM. 3.6. Ưu-nhược

Khi so sánh với các hệ thống đơn sóng mang Khi so sánh với các hệ thống đơn sóng mang

ệ ệ

3.7. OFDM thích nghi 3.7. OFDM thích nghi ề ở 3.7.1. ý tưư ng và ề ởng và i u ki n OFDM thích nghi đđi u ki n OFDM thích nghi 3.7.1. ý t ­ ­

1. Ước lượng kênh 1. Ước lượng kênh

2. Các phương thức báo hiệu 2. Các phương thức báo hiệu

Downlink Các dạng điều chế tín hiệu được sử dụng bởi BS

BS Đánh giá chất lượng kênh nhận được và quyết định dạng truyền của TX tại chỗ

ệ  Báo hi u vòng h Báo hi u vòng h ệ MS Đánh giá chất lượng kênh quan sát được và quyết định dạng truyền của TX tại chỗ

Downlink Các dạng điều chế tín hiệu được sử dụng bởi MS

BS Đánh giá chất lượng kênh quan sát được và báo hiệu dang truyền yêu cầu tới MSTX

MS Đánh giá chất lượng kênh quan sát được và báo hiệu dang truyền yêu cầu tới BSTX

3. Điều chế thích nghi 3. Điều chế thích nghi

Chương 4. Lý thuyết về điều chế đa mức Chương 4. Lý thuyết về điều chế đa mức

4.6. Mô phỏng các HTTT và HT điều chế đa mức 4.6. Mô phỏng các HTTT và HT điều chế đa mức

Thuật toán thích nghi Thuật toán thích nghi

ớ ứ Ban đ uầ v i m c SNR = 0

ế

ề

ứ Tăng m c đi u ch : QPSK, 8PSK, 16QAM, 64QAM….

ế

ả K t qu BER

ủ ệ ố c a h th ng OFDM ệ ố

ả

ủ ệ ố

ệ ố

ế ụ

K t qu BER c a h th ng OFDM thích nghi ớ v i BER m c tiêu là 10­4 trên kênh pha đinh Rice có h s k=32 , D=40 .

ế

ả ố ệ ố

ụ ệ ố

K t qu s bít trung bình trên 1 sóng mang con BPSc ớ H th ng AOFDM v i BER m c tiêu 10­4 trên kênh pha đinh Rice có h s k=32 , D=40

Tóm tắt 4 chương Tóm tắt 4 chương

4.7. Vai trò của mã hóa trong HTTT và HT điều chế đa mức 4.7. Vai trò của mã hóa trong HTTT và HT điều chế đa mức -

4.8. Một số hướng nghiên cứu 4.8. Một số hướng nghiên cứu

ề

3.7. OFDM thích nghi 3.7. OFDM thích nghi ề ở 3.7.1. ý tưư ng và ề ởng và i u ki n OFDM thích nghi đđi u ki n OFDM thích nghi 3.7.1. ý t

K t qu BER c a h th ng OFDM thích nghi ớ v i BER m c tiêu là 104 trên kênh pha đinh Rice có h s k=32 , D=40 .

K t qu s bít trung bình trên 1 sóng mang con BPSc ớ H th ng AOFDM v i BER m c tiêu 104 trên kênh pha đinh Rice có h s k=32 , D=40

ặ BICMID ặ BICMID