Xem mẫu
- Công nghệ OFDM trong truyền dẫn vô tuyến băng rộng điểm
Công nghệ OFDM trong truyền dẫn vô tuyến băng rộng điểm - đa điểm tốc độ cao
(54 Mbit/s)
Do các vấn đề về nhiễu và các vấn đề về đa đường, một số công nghệ trước đây cũng
đã đưa ra giải pháp điều chế sóng mang đơn dùng cho các ứng dụng NLOS nhưng
cũng chưa mang lại hiệu quả cao. Thay vào đó là sự ra đời của kỹ thuật ghép kênh
phân chia theo tần số trực giao – OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing).
Đây chính là một bước đột phá trong thị trường truy cập vô tuyến băng rộng.
I. Mở đầu
Một trong những yêu cầu chính trong hệ thống vô tuyến băng rộng thế hệ thứ 2 là khả
năng hoạt động trong các điều kiện tầm nhìn thẳng bị che chắn (Obstructed-Line-Of-
sight/OLOS) và điều kiện không có tầm nhìn thẳng (Non-Line-Of-Sight/ NLOS). Hoạt
động trong các điều kiện như vậy là một vấn đề gây rất nhiều khó khăn và hạn chế đối
với các nhà khai thác viễn thông khi cung cấp dịch vụ cho các khách hàng tiềm năng.
Do các vấn đề về nhiễu và các vấn đề về đa đường, một số công nghệ trước đây cũng
đã đưa ra giải pháp điều chế sóng mang đơn dùng cho các ứng dụng NLOS nhưng
cũng chưa mang lại hiệu quả cao. Thay vào đó là sự ra đời của kỹ thuật ghép kênh
phân chia theo tần số trực giao – OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing).
Đây chính là một bước đột phá trong thị trường truy cập vô tuyến băng rộng.
II. Ghép kênh phân chia theo tần số trực giao (OFDM)
Công nghệ OFDM nằm trong một lớp các kỹ thuật điều chế đa sóng mang trong thông
tin vô tuyến. Còn trong các hệ thống thông tin hữu tuyến chẳng hạn như trong hệ thống
ADSL, các kỹ thuật này thường đượcc nhắc đến dưới cái tên: đa tần (DMT). Ý tưởng
chính trong kỹ thuật OFDM là việc chia lượng dữ liệu trước khi phát đi thành N luồng
dữ liệu song song có tốc độ thấp hơn và phát mỗi luồng dữ liệu đó trên một sóng mang
con khác nhau. Các sóng mang này là trực giao với nhau, điều này được thực hiện
bằng cách chọn độ dãn cách tần số giữa chúng một cách hợp lý.
OFDM tạo ra lưới theo thời gian và tần số. Mỗi hình chữ nhật là một kênh độc lập và có
thể cấp cho những người sử dụng khác nhau.
- 1. OFDM, đa đường dẫn và hiệu quả quang phổ
Công nghệ OFDM thiết kế trong các hệ thống để hoạt động trong các điều kiện môI
trường kết nối đa dạng từ Có tầm nhìn thẳng LOS (Line-of-sight) đến đường dẫn thẳng
bị che chắn OLOS(Obstructed Line-Of-Sight) và không có đường dẫn thẳng (NLOS).
Đây chính là ưu điểm của công nghệ OFDM.
Trong môi trường không có tầm nhìn thẳng, tín hiệu đa đường dẫn là tổ hợp của tín
hiệu gốc và các tín hiệu phản xạ bởi các vật cản giữa trạm phát và trạm thu. Các tín
hiệu phản xạ thường đến trạm thu không cùng một lúc phụ thuộc vào khoảng cách
đường đi và đều đến sau so với tín hiệu gốc (dẫn thẳng).
Do không đến cùng một thời điểm (out of phase) các tín hiệu phản xạ gây ra hiện tượng
nhiễu.
Đa đường dẫn trong các điều kiện kết nối NOLS
Tác động của hiện tượng đa đường trên hệ thống kết nối vô tuyến là ảnh hưởng giữa
các symbol -ISI (Inter Symbol Interference). Các tiếng vọng từ một symbol nhất định
(gọi là vọng symbol N) sẽ ảnh hưởng đến symbol tiếp theo (gọi là symbol N+1). Công
nghệ OFDM đã khắc phục được vấn đề ISI bằng cách sử dụng Khoảng bảo vệ (Guard
Interval –GI period) tại đoạn bắt đầu của symbol. Khoảng thời gian bảo vệ chính là
phần symbol bị ảnh hưởng bởi ISI còn khoảng dữ liệu tiếp theo khoảng bảo vệ chính là
khoảng tải tin.
- Cấu trúc Symbol OFDM, ISI và khoảng bảo vệ
Công nghệ OFDM hỗ trợ truyền số liệu tốc độ cao và tăng hiệu quả quang phổ. Điều
này đạt được là do sự truyền dẫn song song của nhiều sóng mang phụ (sub-carrier)
qua không trung, mỗi sub-carrier có khả năng mang số liệu điều biến. Các sub-carrier
được đặt vào các tần số trực giao.
Trực giao có nghĩa là tần số trung tâm của một sub-carrier nhất định sẽ rơi đúng vào
các điểm bằng 0 (null) của các sub-carrier khác (Hình 4). Sử dụng các tần số trực giao
sẽ tránh được sự ảnh hưởng lẫn nhau giữa các sub-carrier khác nhau khi sắp xếp vị trí
các sub-carrier với mật độ lớn trong miền tần số do đó sẽ đạt được hiệu quả quang phổ
cao.
Trực giao sub-carrier OFDM trong miền tần số
2. Các ưu điểm cơ bản của kỹ thuật OFDM
- Công nghệ này thích hợp cho hệ thống tốc độ cao.
- Thích hợp với các ứng dụng không dây cố định.
- Rất hiệu quả trong các môi trường đa đường dẫn.
- Sử dụng dải tần rất hiệu quả do cho phép chồng phổ giữa các sóng mang con. Hạn
chế được ảnh hưởng của fading và hiệu ứng nhiều đường bằng cách chia kênh fading
chọn lọc tần số thành các kênh con fading phẳng tương ứng với các tần số sóng mang
OFDM khác nhau.
- Phương pháp này có ưu điểm quan trọng là loại bỏ được hầu hết giao thoa giữa các
sóng mang và giao thoa giữa các tín hiệu.
- Giải quyết vấn đề fading bằng quá trình thực hiện điều chế và giải điều chế trong
OFDM nhờ sử dụng phép biến đổi FFT
- OFDM có ưu điểm nổi bật là khắc phục hiện tượng không có đường dẫn thẳng bằng
tín hiệu đa đường dẫn.
- OFDM đang chứng tỏ những ưu điểm của mình trong các hệ thống viễn thông trên thực
tế đặc biệt là trong các hệ thông vô tuyến đòi hỏi tốc độ cao như thông tin di động và cả
trong truyền hình số.
III. Một số ứng dụng công nghệ OFDM
Các nơI có địa hình phức tạp như vùng nông thôn, ngoại ô, các thành phố đông dân
cư, vv… ảnh hưởng lớn đến khả năng truy cập không dây băng rộng khi triển khai trong
thời gian thực. Một hệ thống truy cập vô tuyến băng rộng chắc chắn chính là hệ thống
có nhiều tính năng cao và khả năng truyền dẫn tốt trong các điều kiện kết nối rộng lớn.-
giúp các nhà cung cấp dịch vụ viễn thông phủ sóng trên diện rộng hơn với số trạm gốc
giảm đi.
Hãng Alvarion (Israel), đã ứng dụng rất hiệu quả công nghệ này vào một số sản phẩm
của hãng như BreezeAccess OFDM, BreezeACCESS VL,vv… nhằm đáp ứng các yêu
cầu từ đơn giản đến chuyên dụng như kết nối mạng Lan, camera giám sát, hệ thống
hội nghị truyền hình...
Các sản phẩm này được thiết kế đặc biệt cho các ứng dụng điểm-điểm, điểm-đa điểm
trong các điều kiện bị che chắn.
Sự kết hợp công nghệ modem OFDM và điều chế thích nghi linh hoạt chỉ có trong thị
trường công nghệ truy cập vô tuyến băng rộng và là các yếu tố chính tạo nên tính năng
nổi trội trong sản phẩm của hãng Alvarion . Các khả năng này tập trung chủ yếu trong
các kết nối đa điểm trên thời gian thực.
Ứng dụng trong hệ thống camera giám sát không dây
- Ứng dụng kết nối mạng Lan theo cấu trúc điểm - điểm hoặc điểm - đa điểm
IV. Kết luận
Khả năng hoạt động trong các điều kiện bị che chắn là yếu tố quan trọng của công
nghệ truy cập vô tuyến băng rộng. Các nhà cung cấp và khai thác dịch vụ viễn thông
cần biết rằng công nghệ vô tuyến băng rộng có thể triển khai ở bất cứ nơi nào và có thể
khắc phục được các điều kiện địa hình bị che chắn như núi cao, rừng cây ở các vùng
sâu vùng xa, các toà nhà cao tầng ở các khu đô thị, khu dân cư đông đúc. Với công
nghệ OFDM cho phép triển khai hệ thống trên diện rộng do đó đem lại lợi ích rất lớn,
giảm thiểu chi phí lắp đặt và vận hành cho các nhà cung cấp và khai thác dịch vụ cũng
như các khách hàng sử dụng dịch vụ viễn thông.
Các sản phẩm ứng dụng công nghệ OFDM của Alvarion chính là giải pháp lý tưởng
hàng đầu cho các doanh nghiệp, các tổ chức, vv… lựa chọn.
( Theo tapchivienthong )
__________________
Kỹ thuật OFDM (viết tắt của Orthogonal frequency-division multiplexing) là một trường
hợp đặc biệt của phương pháp điều chế đa sóng mang, trong đó các sóng mang phụ
trực giao với nhau, nhờ vậy phổ tính hiệu ở các sóng mang phụ cho phép chồng lấn lên
nhau mà phía thu vẫn có thể khôi phục lại tín hiệu ban đầu. Sự chồng lấn phổ tín hiệu
làm cho hệ thống OFDM có hiệu suất sử dụng phổ lớn hơn nhiều so với kỹ thuật điều
chế thông thường.
Kỹ thuật điều chế OFDM do R.W Chang phát minh năm 1966 ở Mỹ. Trong những thập
kỷ vừa qua, nhiều công trình khoa học về kỹ thuật này đã được thực hiện ở khắp nơi
trên thế giới. Đặc biệt là công trình khoa học của Weistein và Ebert đã chứng minh rằng
phép điều chế OFDM có thể thực hiện được thông qua phép biến đổi IDFT và phép giải
điều chế OFDM có thể thực hiện được bằng phép biến đổi DFT. Phát minh này cùng
với sự phát triển của kỹ thuật số làm cho kỹ thuật điều chế OFDM được ứng dụng trở
- nên rộng rãi. Thay vì sử dụng IDFT người ta có thể sử dụng phép biến đổi nhan IFFT
cho bộ điều chế OFDM, sử dụng FFT cho bộ giải điều chế OFDM.
Ngày nay kỹ thuật OFDM còn kết hợp với phương pháp mã kênh sử dụng trong thông
tin vô tuyến. Các hệ thống này còn được gọi COFDM (code OFDM). Trong hệ thống
này tín hiệu trước khi được điều chế OFDM sẽ được mã kênh với các loại mã khác
nhau nhằm mục đích chống lại các lỗi đường truyền. Do chất lượng kênh (fading và
SNR) của mỗi sóng mang phụ là khác nhau, người ta điều chế tín hiệu trên mỗi sóng
mang với các mức điều chế khác nhau. Hệ thống này mở ra khái niệm về hệ thống
truyền dẫn sử dụng kỹ thuật OFDM với bộ điều chế tín hiệu thích ứng. Kỹ thuật này đã
được sử dụng trong hệ thống thông tin máy tính băng rộng HiperLAN/2 ở Châu Âu.
Trên thế giới hệ thống này được chuẩn hóa theo tiêu chuẩn IEEE.802.11a.
Ưu điểm
Hệ thống OFDM có thể loại bỏ hoàn toàn nhiễu phân tập đa đường (ISI) nếu độ dài
chuỗi bảo vệ (guard interval leght) lớn hơn trễ truyền dẫn lớn nhất của kênh.
Phù hợp cho việc thiết kế hệ thống truyền dẫn băng rộng, do ảnh hưởng của sự phân
tập về tần số đối với chất lượng của hệ thống được giảm nhiều so với hệ thống truyền
dẫn đơn sóng mang.
Hệ thống có cấu trúc bộ thu đơn giản
Nhược điểm
Đường bao biên độ của tín hiệu phát không bằng phẳng. Điều này gây ra méo phi
tuyến ở các bộ khuyếch đại công suất ở máy phát và máy thu.
Sử dụng chuỗi bảo vệ tránh được nhiễu phân tập đa đường nhưng làm giảm đi một
phần hiệu suất sử dụng đường truyền, do bản thân chuỗi bảo vệ không mang thông tin
có ích.
Do yêu cầu về điều kiện trực giao giữa các sóng mang phụ, hệ thống OFDM rất nhạy
cảm với hiệu ứng Doopler cũng như sự dịch tần (frequency offset) và dịch thời gian
(time offset) do sai số đồng bộ.
Các bạn thấy có gì hay về OFDM thì cứ share cho mình với nghe.
nguon tai.lieu . vn
