Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (848.63 KB, 103 trang )
Phần 3 ứng dụng của OFDM
Đồ án tốt nghiệp
bit
mã hóa
trên 1 sóng
trên 1 OFDM
liệu trên 1
(Mbps)
6
9
12
18
24
36
48
54
(R)
1/2
3/4
1/2
3/4
1/2
3/4
2/3
3/4
mang
1
1
2
2
4
4
6
6
symbol
48
48
96
96
192
192
288
288
symbol
24
36
48
72
96
144
192
216
BPSK
BPSK
QPSK
QPSK
16-QAM
16-QAM
64-QAM
64-QAM
Các tốc độ bit dùng trong WLAN
Bộ điều chế OFDM trong WLAN có tổng cộng 64 sóng mang bao gồm
12 sóng mang trống (zero), 48 sóng mang dữ liệu và 4 sóng mang dẫn đờng
(pilot). Độ rộng băng thông của WLAN là 20 MHz, do đó khoảng cách giữa
các sóng mang là 20MHz/64 = 312.5 kHz. Chu kỳ của một OFDM symbol là
4 às trong đó khoảng bảo vệ GI là 0,8 às. Khoảng bảo vệ ở đây là CP (cyclic
prefix). Bộ điều chế OFDM sử dụng biến đổi IFFT 64 điểm (64 point IFFT).
Dòng bit từ phân lớp MAC của của lớp liên kết dữ liệu đợc đa tới lớp vật
lý để truyền dẫn. Dòng bit đợc mã hóa vòng xoắn với tốc độ phù hợp để đạt đợc tỷ số lỗi bit cho phép. Dòng bit đã mã hóa ở dạng nối tiếp đợc biến đổi 48
dòng bit song song có tốc độ thấp để điều chế vào 48 sóng mang dữ liệu. Quá
trình điều chế ở đây thực chất là ánh xạ (Mapping) từng tổ hợp bit của 48
luồng dữ liệu song song theo sơ đồ điều chế (Constellation) để tạo thành 48 số
phức và đợc biến đổi IFFT 64 điểm và đợc biến đổi song song sang nối tiếp
tạo thành chy kỳ hữu ích của symbol. Khoảng bảo vệ dạng cyclic prefix với tỷ
lệ 1/5 sẽ đợc chèn vào bằng cách copy 16 điểm cuối của chu kỳ hữu ích để đặt
vào đầu chu kỳ tạo thành 1 OFDM symbol hoàn chỉnh có chu kỳ là 4 às. Tiếp
đó các symbol đợc điều chế vuông góc, nâng lên dải tần 5 GHz, khuyếch đại
công suất cao tần và dẫn tới anten phát để truyền đi. Phía thu thực hiện quá
trình ngợc lại với phía phát. Dới đây là sơ đồ bộ thu phát (Transceiver) của
WLAN:
80
Phần 3 ứng dụng của OFDM
Đồ án tốt nghiệp
From
MAC
Điều chế
QAM &
Biến đổi
S/P
Mã
hóa
FEC
Giải
điều
chế
I/Q
Biến
đổi
RF/IF
Định
dạng
xung
Chèn
GI
IFFT
Loại
bỏ
GI
FFT
Điều
chế
I/Q
Giải điều
chế QAM
& P/S
Nâng
tần &
HPA
Giải
mã
FEC
To MAC
layer
Cân
bằng
&
AGC
Hình 5-6 Sơ đồ khối bộ thu phát trong WLAN
Phân lớp MAC (Medium Access Control) trong mạng WLAN đợc thiết
kế để hoạt động trong môi trờng có nhiễu và có khả năng di động với tốc độ
thấp. Do đó ở đây có những khác biệt so với các mạng LAN hữu tuyến thông
thờng. Hiệu ứng đầu cuối ẩn (Hidden terminal effect) xảy ra khi một thiết bị
đầu cuối không phát hiện ra quá trình truyền dẫn của thiết bị đầu cuối khác và
cố gắng chiếm dụng đờng truyền là một nguyên nhân gây ra xung đột. Không
giống nh trong môi trờng hữu tuyến các xung đột xảy ra đều do thất thoát các
gói bị xung đột. Trong môi trờng vô tuyến, máy thu có thể phát hiện chính xác
một gói xung đột nhờ công suất phát của các trạm khác và đặc tính của kênh
truyền. Sự phát hiện sai các gói nhận đợc do pha đinh nhiều đờng cũng là một
nguyên nhân khác gây ra xung đột. Tính di động của các thiết bị đầu cuối
cũng cần phải đợc cân nhắc đến một cách thích đáng. Chuẩn IEEE 802.11
cung cấp hai mode hoạt động cho phân lớp MAC. Mode thứ nhất dựa trên hàm
điều phối phân bố DCF (Distributed coordination function) tơng tự nh kỹ thuật
phân phát gói tối u. Mode thứ hai dựa trên hàm điều phối điểm PCF (Point
coordination function) là phơng pháp bỏ phiếu có điều khiển tập trung đợc
quản lý bởi điểm truy nhập AP (access point) và đợc dùng cho các dịch vụ dữ
liệu nhạy cảm với trễ. Điểm truy nhập đợc nối tới các hệ thống phân tán có thể
81
Phần 3 ứng dụng của OFDM
Đồ án tốt nghiệp
là Ethernet, FDDI hay các mạng backbone khác. Hỗ trợ mode DCF là bắt
buộc cho mạng WLAN. Nếu mạng chỉ hỗ trợ mode DCF thì đợc gọi là mạng
không theo thể thức (ad-hoc network). Khi đó tất cả các user đều có cơ hội sử
dụng tài nguyên mạng nh nhau.
Theo chuẩn IEEE 802.11, WLAN sử dụng phơng thức đa truy nhập sóng
mang cảm ứng với tránh xung đột CSMA/CA (Carrier sense multiple access
with collision avoidance) tơng tự nh CSMA/CD của ethernet. Trong
CSMA/CA một đầu cuối chỉ có thể nghe kênh truyền trớc khi truyền dữ liệu
mà không thể nghe đợc trong khi truyền nh trong CSMA/CD. Nếu kênh truyền
rỗi trong một khoảng thời gian lớn hơn khoảng cách giữa các frame DIFS
(Distributed inter-frame spacing) thì sẽ tiến hành truyền. Ngợc lại thiết bị đầu
cuối sẽ tiếp tục nghe đờng truyền tới khi kênh rỗi hơn một DIFS. Còn tính
năng tránh xung đột Collision avoidance yêu cầu thiết bị đầu cuối sẽ chờ thêm
một khoảng thời gian ngẫu nhiên sai khi kênh đã rỗi một DIFS. Trong thời
gian chờ thì trạm vẫn tiếp tục nghe đờng truyền. Điều này tránh đợc xung đột
khi có nhiều hơn một trạm đồng thời nghe đờng truyền và cùng truyền khi đờng truyền rỗi. Trong trờng hợp xảy ra xung đột, các trạm này sẽ phải thực
hiện lại với thời gian chờ thêm dài hơn. Hiển nhiên là không có sự đảm bảo về
thời gian trễ nhỏ nhất trong mode DCF. Với các ứng dụng nhạy cảm với trễ
nh VoIP thì sẽ dùng mode PCF. Mode PCF sử dụng một điều phối viên dựa
vào phơng thức bỏ phiếu để điều phối việc truyền dẫn mà không xảy ra cung
đột.
82
Phần 3 ứng dụng của OFDM
Đồ án tốt nghiệp
Chơng 6
ứng dụng OFDM trong thông
tin hữu tuyến
6.1
Đờng dây thuê bao số bất đối xứng ADSL
6.1.1 Giới thiệu ADSL
Kỹ thuật truy nhập mạch vòng cáp đồng hay đợc gọi là kỹ thuật đờng dây
thuê bao số DSL (Digital Subscriber Line) đã xuất hiện từ đầu những năm
1980. Thực ra đây là một họ các công nghệ thờng đợc gọi là các công nghệ
xDSL, chữ x thể hiện cho các công nghệ DSL khác nhau nh : ADSL, HDSL,
VDSL... Đây là các kỹ thuật truy nhập điểm tới điểm kết nối giữa thuê bao và
tổng đài trung tâm cho phép truyền tải nhiều dạng thông tin số liệu âm thanh,
hình ảnh qua đôi dây đồng truyền thống. Giải pháp của xDSL là sử dụng dải
tần lớn hơn phía trên dải tần mà dịch vụ thoại sử dụng vì vậy băng thông
truyền dẫn cao hơn. Trên đó, ngời ta sử dụng các phơng pháp mã hoá khác
nhau để có thể truyền đợc tốc độ dữ liệu rất cao. Tốc độ của đờng dây xDSL
tuỳ thuộc thiết bị sử dụng, khoảng cách từ tổng đài tới thuê bao, chất lợng
tuyến cáp, kỹ thuật mã hoá ... Thông thờng kỹ thuật này cho phép hầu hết
khách hàng truyền từ tốc độ 128 kbit/s tới 1,5 Mbit/s. Với kỹ thuật mới nhất
VDSL cho phép truyền số liệu với tốc độ lên tới 52 Mbit/s theo hớng từ tổng
đài xuống thuê bao. Điểm nổi bật của kỹ thuật xDSL là tận dụng đợc cơ sở hạ
tầng cáp đồng phổ biến trên thế giới nên nó đã mau chóng chuyển từ giai đoạn
thử nghiệm sang thị trờng thơng mại rộng lớn đáp ứng nhu cầu phân phối các
dịch vụ băng rộng tới ngời sử dụng. Ngoài ra, khi vấn đề đầu t xây dựng mạng
truy nhập sử dụng cáp quang quá tốn kém thì công nghệ này đã thu hút sự chú
ý của nhiều nhà sản xuất thiết bị viễn thông, các cơ quan quảng bá phát thanh
truyền hình, các nhà khai thác dịch vụ, các công ty điện thoại nội hạt tạo nên
sự cạnh tranh làm giảm chi phí thiết bị và giá cả dịch vụ. Một yếu tố quan
83
Phần 3 ứng dụng của OFDM
Đồ án tốt nghiệp
trọng góp phần thúc đẩy sự phát triển và hoàn thiện của công nghệ này là sự ra
đời các tiêu chuẩn chung cho hoạt động của xDSL do tổ chức viễn thông quốc
tế ITU và nhiều tổ chức tiêu chuẩn, nhóm làm việc khác đa ra.
Trong đó đờng dây thuê bao số bất đối xứng ADSL (Asymmetric Digital
Subscriber Line) là công nghệ đợc phát triển và ứng dụng nhiều nhất vì nó tơng thích với các hệ thống hiện tại và phù hợp với nhu cầu của ngời sử dụng.
ADSL truyền tải cả thông tin số và tơng tự trên một đôi dây đồng. Kênh
truyền dẫn ADSL có thể đợc chia thành nhiều kênh số liệu tốc độ cao và cùng
lúc phục vụ cho cả dịch vụ thoại. Các kênh hớng xuống có thể đạt tốc độ 1,5 ữ
8 Mbit/s và kênh hớng lên từ 16 kbit/s ữ 1,5 Mbit/s. Mỗi kênh số liệu có thể
phân chia nhỏ hơn thành nhiều kênh tốc độ thấp hơn nếu cần (ví dụ một kênh
cho truyền hình số và một kênh để truy nhập Internet). Tốc độ truyền số liệu
tối đa của các modem ADSL thay đổi tuỳ khoảng cách từ thuê bao tới tổng
đài, các mức nhiễu, cầu nối rẽ và chất lợng đờng dây.
6.1.2 Đặc tính của kênh truyền
ADSL sử dụng đôi dây đồng truyền thống của điện thoại tơng tự. Tín
hiệu truyền đi trên đờng dây đồng chịu tác động của môi trờng tạp âm của bản
thân mạch vòng dây đồng và các can nhiễu điện từ khác từ bên ngoài:
- Tạp âm trắng: Nhìn chung có rất nhiều nguồn tạp âm và khi không
thể xét riêng từng loại ta có thể coi chúng tạo ra một tín hiệu ngẫu
nhiên duy nhất với phân bố công suất đều ở mọi tần số. Tín hiệu này
đợc gọi là tạp âm trắng. Tạp âm nhiệt gây ra do chuyển động của các
electron trong đờng dây có thể coi nh tạp âm trắng có phân bố
Gaussian đợc gọi là tạp âm Gausian trắng cộng AWGN (Additive
White Gaussian Noise). Tạp âm này ảnh hởng độc lập lên từng kí
hiệu đợc truyền hay nói cách khác chúng đợc cộng với tín hiệu bản
tin.
- Xuyên âm: Xuyên âm xảy ra khi tín hiệu từ các đôi dây kế cận gây
nhiễu với nhau. Thành phần xuyên âm tiếp tục truyền theo hớng ban
84