View
38
Download
5
Category
Preview:
Citation preview
TỔNG QUAN VỀ OFDM
Trần Xuân NamKhoa Vô tuyến Điện tưHọc viện Ky thuật Quân sư
Trần Xuân Nam Khoa Vô tuyến Điện tư – Học viện KTQS 2
OFDM là gi?
OFDM: Orthogonal Frequency Division Multiplexing
Là ky thuật điều chê đa sóng mang (multicarrier) trực giao
Ưu điểm:Hiệu suất sư dụng phô tần cao: các băng tần con có thê chồng lấn lên nhauCó kha năng chống lại pha đinh chọn lọc theo tầnsô (ISI) tốtKha năng chống lại pha-đinh sâu va nhiễu bănghẹp
Trần Xuân Nam Khoa Vô tuyến Điện tư – Học viện KTQS 3
Ứng dụng của OFDM
Phát quảng ba sô: Phát thanh sô (DAB), Truyền hình sô (DVB)
Thông tin Hữu tuyến: ADSL, HDSL
Thông tin Vô tuyến: WLAN: 802.11a/g/n (Wifi)WMAN: 802.16 (Wimax) di động 4G
KênhKênh truytruyềềnn VôVô tuytuyếếnn BăngBăng rrộộngng(Broadband Radio Channels)
Trần Xuân Nam Khoa Vô tuyến Điện tư – Học viện KTQS 5
Kênh truyền Vô tuyến Băng rộng
Ảnh hưởng của truyền sóng đa đường hiệntượng trải trê (delay spread)
Maximum Delay Spread
Trần Xuân Nam Khoa Vô tuyến Điện tư – Học viện KTQS 6
Kênh không biến đổi theo thời gian
Trong trường hợp không có chuyển động, ảnhhưởng của kênh như một bô lọc LTI (Linear Time Invariant Filter)
Đáp ứng xung của kênh
Time-Invariant Channel transfer function
Trần Xuân Nam Khoa Vô tuyến Điện tư – Học viện KTQS 7
Kênh băng hẹp (Narrowband Channel)
Thê nào là kênh băng hẹp (narrowband channel)Symbol duration
Hàm truyền đạt của kênh được gia thiết là khôngđổi trong khoảng băng tần tín hiệu B
maxsT τ
1( ) const. for ,with
2Ts
BH f f B
T≈ ≤ ≈
• No frequency-selective fading • No Inter-Symbol Interference
Trần Xuân Nam Khoa Vô tuyến Điện tư – Học viện KTQS 8
Kênh băng rộng (Broadband Channel)
Thê nào là kênh băng rộng (broadband channel)Symbol duration
Hàm truyền đạt kênh thăng giáng trong khoảngbăng tần kênh B
maxsT τ
• Frequency-selective fading• InterSymbol Interference (ISI)
Trần Xuân Nam Khoa Vô tuyến Điện tư – Học viện KTQS 9
Slow fading and Fast fading
Fast fading Slow fading
s cT T> s cT T
max
,with 0.25 0.5c vD cc
k kT k
f f= = = −
Đánh gia mức đô biến đổi của kênh thông qua coherence time Coherence time là đơn vị thời gian tối thiểu mà biênđô tín hiệu mất tương quan so với gia trị tại thời điểmtrước đo
Trần Xuân Nam Khoa Vô tuyến Điện tư – Học viện KTQS 10
Frequency Selectivity and ISI
Trần Xuân Nam Khoa Vô tuyến Điện tư – Học viện KTQS 11
Chuyển động của MS (Doppler Spread)
cosD cv
f fc
φ=
Doppler frequency ( )2
| |( ) 1
0 | | | |D
Df
D D f
D
f fS f f
f f
σ
π
⎧⎪⎪ ≤⎪⎪⎪= ⎨ −⎪⎪⎪ >⎪⎪⎩
Ảnh hưởng của chuyển động MS-Tần sô sóng mang bi dịch một đoạn- Mỗi path có góc tới khác nhau nên bị dịch một đoạn khác nhau, tạo nên phô điều
chê Doppler tư
Df
,max ,maxD Df f− ⇒
Trần Xuân Nam Khoa Vô tuyến Điện tư – Học viện KTQS 12
Kênh biến đổi theo thời gian
Trong trường hợp có chuyển động, ảnh hưởngcủa kênh như một bô lọc LTV (Linear Time Variant Filter)
Channel impulse response time variant
Time-variant channel transfer function
CơCơ sơsơ vêvê TruyTruyềềnn ddẫẫnn ĐaĐa sósóngng mangmangMulticarrierMulticarrier TransmissionTransmission
Trần Xuân Nam Khoa Vô tuyến Điện tư – Học viện KTQS 14
Truyền dẫn tốc đô thấp
Trần Xuân Nam Khoa Vô tuyến Điện tư – Học viện KTQS 15
Truyền dẫn tốc đô cao
Trần Xuân Nam Khoa Vô tuyến Điện tư – Học viện KTQS 16
Transmission Rate vs BandwidthChịu ảnh hưởng của ISI
Trần Xuân Nam Khoa Vô tuyến Điện tư – Học viện KTQS 17
Truyền dẫn Multicarrier
Chia nho băng tần thành K kênh nho , không chịu ảnh hưởngcủa ISI
Mỗi kênh con có thê coi là phẳng, với hê sô kênhmô ta bởi một sô phức
Trần Xuân Nam Khoa Vô tuyến Điện tư – Học viện KTQS 18
Ưu điểm của truyền dẫn đa sóng mang
Truyền dẫn nối tiếp đơn sóng mang:
Ảnh hưởng lớn bởi ISICần complex time-domai equalization
Truyền dẫn song song đa sóng mang:
Tránh được ảnh hưởng của ISISimple frequency-domai equalization
max scTτ
max mc scT KTτ =
Trần Xuân Nam Khoa Vô tuyến Điện tư – Học viện KTQS 19
MultiCarrier vs Single Carrier
, ,s MC s SCT K T= ⋅ fB K= ⋅ ∆
Trần Xuân Nam Khoa Vô tuyến Điện tư – Học viện KTQS 20
Sơ đô truyền dẫn multicarrier
S/P +
e j f t2� K-1
e j f t2� 0
e j f t2� 1 Channel +
Noise
e -j f t2� K-1
e-j f t2� 0
e -j f t2� 1
� (.)dtT
� (.)dtT
� (.)dtT
P/Ssn( 1)K- ,..,sn(0)
Ts
T KT= s
sn(0)
sn(1)
sn( -1)K
sn(1)
~
~
~
sn( -1),K ..,sn(0)~~
Transmitter Receiver
s
s
s Ts
Ts
Ts
sn(0)
sn( -1)K
sT KT=
T
CơCơ sơsơ vêvê OFDMOFDMOrthogonal Frequency Division Multiplexing
Trần Xuân Nam Khoa Vô tuyến Điện tư – Học viện KTQS 22
Multicarrier Transmission and OFDM
Single Carrier
Multicarrier
OFDMSaved bandwidth
Phô chồng lấn nhưng không có ICI do tính chất trực giao (orthogonality)
Guard band
Trần Xuân Nam Khoa Vô tuyến Điện tư – Học viện KTQS 23
Tính chất trực giao trong OFDM
Các sóng mang con trực giao lẫn nhau
S/P +
e j f t2� K-1
e j f t2� 0
e j f t2� 1 Channel +
Noise
e -j f t2� K-1
e-j f t2� 0
e -j f t2� 1
� (.)dtT
� (.)dtT
� (.)dtT
P/Ssn( 1)K- ,..,sn(0)
Ts
T KT= s
sn(0)
sn(1)
sn( -1)K
sn(1)
~
~
~
sn( -1),K ..,sn(0)~~
Transmitter Receiver
s
s
s Ts
Ts
Ts
sn(0)
sn( -1)K
sT KT=
T
Trần Xuân Nam Khoa Vô tuyến Điện tư – Học viện KTQS 24
Máy phát OFDMBiểu diễn thời gian liên tục của OFDM symbol thư i
Biểu diễn thời gian gián đoạn của OFDM symbol thư i
12
,0
11( ) rect
Kj k fts
i i ksk
iTs t s e
TKπ
−∆
=
⎛ ⎞− ⎟⎜= ⎟⎜ ⎟⎟⎜⎝ ⎠∑
12
, ,0
1( )
Kj k f n t
i n i i kk
s s n t s eK
π−
∆ ⋅ ∆
=
= ⋅ ∆ = ∑1 1s
s
Tf t
T K K∆ ⋅ ∆ = ⋅ =
12
, ,0
1nK
j kK
i n i kk
s s eK
π−
=
= ∑
Do
IDFT của ,i ks
Trần Xuân Nam Khoa Vô tuyến Điện tư – Học viện KTQS 25
Sơ đô máy phát OFDM
OFDM Modulation using IDFT
Trần Xuân Nam Khoa Vô tuyến Điện tư – Học viện KTQS 26
OFDM Signals
0
1
-1
0
1
-1
0
1
-1
0
1
-5
0
5
-1
Ts
t
t
Am
pli
tude
Sub-carrier 0, f0
Sub-carrier 2, f2
t
t
Sub-channel 1 signal
Sub-channel 2 signal
Sub-channel 3 signal
Sub-channel 4 signal
OFDM signal
-1
0
1
Ts Ts
Ts
Ts
Ts
Ts t
t
t
t
t
Am
pli
tude
-1
0
1
Ts
Am
pl i
tude
Am
pl i
tude
Am
pl i
tude
Am
pl i
tude
Am
pl i
tude
Sub-carrier 3, f3
-1
0
1
Am
pli
tude
-1
0
1
Am
pli
tude
Sub-carrier 1, f1
Ts
Ts
s0
t
-1
0
1
Am
pli
tude
Ts
t
-1
0
1
Am
pli
tude
TsT 2T 3T
s1
t-1
0
1
Am
pli
tude
Ts
t-1
0
1
Am
pli
tude
Ts
t-1
0
1
Am
pli
tude
Ts
s n( )
s1
s1
S/P conversion
�
�
�
�
�
Trần Xuân Nam Khoa Vô tuyến Điện tư – Học viện KTQS 27
OFDM Signal Frequency Spectra
Subcarrrier spectra
Modulated subcarrrier spectra
Spectra of OFDM signal
Trần Xuân Nam Khoa Vô tuyến Điện tư – Học viện KTQS 28
Power Spectra of OFDM Signal
Effective bandwidth
Rectangular (noise-like) spectra
Trần Xuân Nam Khoa Vô tuyến Điện tư – Học viện KTQS 29
Tín hiệu thu OFDM
Tín hiệu sau giải điều chê đa sóng mang
Sơ đô máy thu
1 12 2
, ,0 0
1 1( )
lTk s nlT Ks K
K Kj j
i i n i nk n
s l s e s eK K
π π− −
− −
= =
= =∑ ∑
DFT
Trần Xuân Nam Khoa Vô tuyến Điện tư – Học viện KTQS 30
Sơ đô máy thu phát OFDM
Thực tê , thay bằng IFFTgiảm complexity
Thực tê , thay bằng FFT,giảm complexity
Trần Xuân Nam Khoa Vô tuyến Điện tư – Học viện KTQS 31
Ảnh hưởng của trải trê
InterSymbol Interference
Trần Xuân Nam Khoa Vô tuyến Điện tư – Học viện KTQS 32
Giải pháp GI của OFDM
Sư dụng Guarf Interval trong mỗi OFDM block Tăng đô dài OFDM symbol đê loại hoàn toàn ISI
Điều kiện đê loại hết ISI là
maxGT τ≥
Trần Xuân Nam Khoa Vô tuyến Điện tư – Học viện KTQS 33
Tác dụng của GI
No InterSymbol Interference
Trần Xuân Nam Khoa Vô tuyến Điện tư – Học viện KTQS 34
Giải pháp Cyclic Prefix
Trần Xuân Nam Khoa Vô tuyến Điện tư – Học viện KTQS 35
Giải pháp Cyclic Prefix
OFDM block
Copy & Paste
CP
OFDM Symbol with CP
Trần Xuân Nam Khoa Vô tuyến Điện tư – Học viện KTQS 36
Hạn chê của OFDM
Giảm hiệu suất sư dụng băng tần:
Ảnh hưởng của Doppler, mất đồng bô tần sô Các kênh con mất trực giao InterChannelInterference
effs
s G
T
T Tη =
+
Trần Xuân Nam Khoa Vô tuyến Điện tư – Học viện KTQS 37
Hiệu ứng PAPR
Peak-to-Average Power Ratio
Ảnh hưởng của PAPR lớn:- Cần các bô KĐCS có giải công tác tuyến tính rộng, kho chê tạo, đắt tiền- Hiệu suất sư dụng không cao, do thường xuyên làm việc ở mức CS trungbình, nhưng cần thiết kê KĐCS với công suất đỉnh cao hơn rất nhiều
Tỉ sô PAPR lớn
Trần Xuân Nam Khoa Vô tuyến Điện tư – Học viện KTQS 38
Thiết kê Hê thống OFDM
Các yếu tô ảnh hưởng tới hê thống OFDM
Trần Xuân Nam Khoa Vô tuyến Điện tư – Học viện KTQS 39
Thiết kê Hê thống OFDM (2)
Trần Xuân Nam Khoa Vô tuyến Điện tư – Học viện KTQS 40
Thiết kê Hê thống OFDM (3)Kênh vật ly xác định trải trê cực đại va tần sô Doppler cực đạiGiới hạn dưới của OFDM symbol: theo đô dài GI
Giới hạn trên của OFDM symbol: theo tần sô Doppler
Yêu cầu vê OFDM symbol
Đô dài FFT xác định bởi băng tần hê thồng B va OFDM symbol
maxτ,maxDf
max GI0.2 sT Tτ < =
,max 0.03D cv
f f fc
= < ⋅ ∆
max,max
15 0.03 s
D
Tf
τ⋅ < < ⋅ 1
c sN B T= ⋅ 2
Trần Xuân Nam Khoa Vô tuyến Điện tư – Học viện KTQS 41
Ví du: HIPERLAN/2 Model
Thank you for your attention!
Recommended