Đồ án HCMUTE: Nghiên cứu và mô phỏng kỹ thuật điều chế OFDM trên kit NI USRP 2920

• Tác giả: Nguyễn Minh
• Người hướng dẫn: GVHD: Nguyễn Ngô Lâm
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Điện Tử Viễn Thông
• Đề tài: Nghiên Cứu Và Mô Phỏng Kỹ Thuật OFDM Trên Kit NI USRP 2920
• Loại tài liệu: Đồ Án Tốt Nghiệp
• Năm xuất bản: 2015
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU
• 1.1. Vai trò và ứng dụng của công nghệ hiện nay
• 1.2. Mục đích của đề tài
• 1.3. Mục tiêu và phạm vi nghiên cứu
• 1.4. Phương pháp nghiên cứu
• 1.5. Bố cục của đồ án
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
• 2.1. Sự suy yếu của đường truyền
• 2.2. Khái niệm suy hao
• 2.3. Các loại nhiễu thường gặp
• 2.4. Hiệu ứng đa đường
• 2.5. Nhiễu liên ký tự ISI (Inter symbol interference)
• 2.6. Kênh truyền nhiễu chọn lọc tần số và nhiễu phẳng
• 2.7. Kênh truyền biến đổi nhanh và kênh truyền biến đổi chậm
• 2.8. Kênh truyền Rayleigh và kênh truyền Raycean
• 2.9. Một số giải pháp
• 2.10. Phương pháp điều chế đơn sóng mang
• 2.11. Phương pháp điều chế đa sóng mang FDM
• 2.12. Hệ thống OFDM
• 2.12.1. Khái quát về OFDM
• 2.12.2. Ưu điểm của hệ thống OFDM
• 2.12.3. Khuyết điểm của hệ thống OFDM
• 2.12.4. Cơ bản về kỹ thuật OFDM
• 2.12.5. Chuỗi trực giao
• 2.12.6. Ý nghĩa trực giao của OFDM
• 2.12.7. Biểu diễn toán học tín hiệu OFDM
• 2.12.8. Biến đổi FFT
• 2.12.9. Khoảng thời gian bảo vệ Cyclic Prefix
• 2.12.10. Đánh giá kỹ thuật OFDM
• 2.13. Mạch lọc định hình xung trong hệ thống truyền thông
• 2.13.1. Những nguyên tắc của định hình xung
• 2.13.2. Giảm băng thông kênh truyền
• 2.13.3. Giảm nhiễu liên ký tự (ISI)
• 2.13.4. Mạch lọc phối hợp
• 2.13.5. Mạch lọc định hình xung trong bộ công cụ điều chế LabView
• 2.13.6. Bộ lọc Raised Cosine
• 2.13.7. Bộ lọc Root Raised Cosine
• 2.13.8. Bộ lọc Gaussian
• 2.14. Ước lượng kênh truyền
• 2.14.1. Các phương pháp ước lượng kênh
• 2.14.2. Ước lượng kênh dùng tín hiệu Pilot (Pilot-Aided Channel Estimation - PACE)
• 2.14.3. Sắp xếp Pilot dạng khối
• 2.14.4. Sắp xếp Pilot dạng lược
• 2.14.5. Ước lượng kênh đệ quy (Decision-Directed Channel Estimation - DDCE)
• 2.14.6. Ước lượng kênh bằng phương pháp mù (Blind/Semi-Blind Channel Estimation - BCE)
• 3. CHƯƠNG 3: GIỚI THIỆU KIT NI USRP -2920 VÀ PHẦN MỀM LABVIEW
• 3.1. Giới thiệu phần mềm NI LabView
• 3.2. Giới thiệu những công cụ chi tiết dùng trong mô phỏng
• 3.3. Hình thức mã (Code Style) trong LabView
• 3.4. Giới thiệu kit NI USRP-2920
• 3.5. Giới thiệu về phần cứng vô tuyến NI
• 3.6. Giao diện NI USRP-2920
• 3.7. Sơ đồ module của kit USRP-2920
• 4. CHƯƠNG 4: SƠ ĐỒ KHỐI VÀ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG OFDM TRONG LABVIEW
• 4.1. Yêu cầu của hệ thống
• 4.2. Sơ đồ khối hệ thống
• 4.3. Phương thức giao tiếp với máy tính và các chuẩn kết nối
• 4.4. Chức năng các khối
• 4.4.1. Khối top_ofdm_tx
• 4.4.2. Khối ofdm_transmitter
• 4.4.3. Khối top_ofdm_rx
• 4.4.4. Khối ofdm_receiver
• 4.5. Hoạt động của hệ thống
• 4.6. Thiết kế, cấu hình hệ thống
• 4.7. Lưu đồ của hệ thống
• 4.8. Lưu đồ kênh truyền hệ thống
• 4.9. Tính BER trong hệ thống
• 4.10. Sơ đồ khối chương trình
• 5. CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ MÔ PHỎNG KỸ THUẬT OFDM
• 5.1. Kết quả mô phỏng
• 5.2. Kết quả mô phỏng trên LabView
• 5.3. Kết quả thực tế trên kit USRP-2920
• 5.4. So sánh kết quả
• 5.5. Phân tích kết quả
• 6. CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI
• 6.1. Giới hạn đề tài
• 6.2. Hướng phát triển của đề tài
• PHỤ LỤC: HƯỚNG DẪN CÀI ĐẶT CHƯƠNG TRÌNH LABVIEW 2014
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Giới thiệu

Chương này trình bày tổng quan về đề tài 'Nghiên cứu và mô phỏng kỹ thuật OFDM trên kit NI USRP 2920'. OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) là một kỹ thuật điều chế tiên tiến, được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống truyền thông hiện đại. Đề tài này nhằm mục đích nghiên cứu và mô phỏng kỹ thuật truyền thông OFDM, từ đó đánh giá hiệu suất của hệ thống thông qua việc sử dụng kit NI USRP 2920. Hệ thống OFDM có khả năng chống lại các hiện tượng suy giảm tín hiệu và nhiễu, nhờ vào việc chia nhỏ băng thông thành nhiều kênh con. Điều này giúp nâng cao chất lượng tín hiệu và tăng tốc độ truyền dữ liệu. Mục tiêu của nghiên cứu là tìm hiểu sâu về công nghệ truyền dẫn không dây và ứng dụng của nó trong thực tế.

1.1. Vai trò và ứng dụng của công nghệ hiện nay

Trong thời đại công nghệ 4.0, công nghệ truyền thông không dây đóng vai trò quan trọng trong việc kết nối và truyền tải thông tin. Các dịch vụ như Internet tốc độ cao, truyền hình di động và các ứng dụng IoT đang ngày càng phát triển. Hệ thống OFDM là nền tảng cho sự phát triển của các mạng di động hiện nay, từ 3G đến 5G. Việc nghiên cứu và cải thiện chất lượng của hệ thống OFDM là rất cần thiết để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao về tốc độ và chất lượng dịch vụ. Đặc biệt, kỹ thuật OFDM đã được áp dụng thành công trong nhiều lĩnh vực như truyền hình số, phát thanh số và truyền hình vệ tinh.

II. Cơ sở lý thuyết

Chương này trình bày các khái niệm cơ bản liên quan đến OFDM và các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng tín hiệu trong hệ thống truyền thông. Sự suy yếu của đường truyền, hiệu ứng đa đường, và các loại nhiễu thường gặp là những vấn đề quan trọng cần được xem xét. Nhiễu liên ký tự ISI (Inter Symbol Interference) và fading là những hiện tượng phổ biến trong môi trường truyền dẫn vô tuyến. Đặc biệt, Rayleigh fading là một trong những yếu tố chính gây ra sự suy giảm tín hiệu trong các hệ thống không dây. Việc hiểu rõ về các hiện tượng này sẽ giúp tối ưu hóa thiết kế và triển khai hệ thống OFDM.

2.1. Sự suy yếu của đường truyền

Sự suy yếu của đường truyền là một trong những vấn đề chính trong hệ thống truyền thông không dây. Tín hiệu khi truyền qua kênh vô tuyến sẽ bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố như phản xạ, khúc xạ và tán xạ. Những yếu tố này dẫn đến hiện tượng đa đường, làm cho tín hiệu nhận được tại bộ thu bị suy giảm. Để khắc phục vấn đề này, các kỹ thuật như công nghệ truyền dẫn dải rộng và OFDM đã được phát triển. OFDM giúp phân chia băng thông thành nhiều kênh con, từ đó giảm thiểu ảnh hưởng của nhiễu và nâng cao chất lượng tín hiệu.

III. Giới thiệu kit NI USRP 2920 và phần mềm LabView

Kit NI USRP 2920 là một thiết bị phần cứng vô tuyến mạnh mẽ, cho phép thực hiện các thí nghiệm và mô phỏng trong lĩnh vực truyền thông không dây. Phần mềm LabView được sử dụng để lập trình và điều khiển kit, giúp người dùng dễ dàng thiết kế và triển khai các hệ thống truyền thông phức tạp. Kit NI USRP 2920 hỗ trợ nhiều băng tần và chế độ hoạt động khác nhau, cho phép thực hiện các thí nghiệm với kỹ thuật OFDM một cách hiệu quả. Việc kết hợp giữa kit NI USRP 2920 và phần mềm LabView tạo ra một môi trường học tập và nghiên cứu lý tưởng cho sinh viên và các nhà nghiên cứu trong lĩnh vực truyền thông.

3.1. Giới thiệu phần mềm NI LabView

NI LabView là một phần mềm lập trình đồ họa, cho phép người dùng thiết kế và triển khai các ứng dụng trong lĩnh vực kỹ thuật và khoa học. Phần mềm này cung cấp nhiều công cụ và thư viện hỗ trợ cho việc mô phỏng và phân tích tín hiệu. Trong nghiên cứu này, LabView được sử dụng để mô phỏng kỹ thuật OFDM, giúp người dùng dễ dàng theo dõi và điều chỉnh các tham số của hệ thống. Việc sử dụng LabView không chỉ giúp tiết kiệm thời gian mà còn nâng cao hiệu quả trong quá trình nghiên cứu và phát triển.

IV. Kết quả mô phỏng kỹ thuật OFDM

Chương này trình bày kết quả mô phỏng kỹ thuật OFDM trên kit NI USRP 2920. Các kết quả thu được từ mô phỏng cho thấy OFDM có khả năng chống lại các hiện tượng suy giảm tín hiệu và nhiễu một cách hiệu quả. Kết quả thực nghiệm cho thấy rằng hệ thống OFDM có thể đạt được tốc độ truyền dữ liệu cao hơn so với các kỹ thuật truyền thông truyền thống. Việc phân tích các kết quả mô phỏng giúp đánh giá hiệu suất của hệ thống và đưa ra các giải pháp tối ưu hóa cho các ứng dụng thực tế.

4.1. Kết quả thực tế trên kit USRP 2920

Kết quả thực tế từ việc triển khai hệ thống OFDM trên kit NI USRP 2920 cho thấy sự cải thiện rõ rệt về chất lượng tín hiệu. Các chỉ số như tín hiệu đến nhiễu (SNR) và tỷ lệ lỗi bit (BER) được ghi nhận cho thấy hệ thống hoạt động ổn định và hiệu quả. Việc so sánh giữa kết quả mô phỏng và thực tế cho thấy rằng mô hình lý thuyết có thể áp dụng vào thực tế, mở ra hướng đi mới cho việc phát triển các ứng dụng truyền thông không dây trong tương lai.

V. Kết luận và hướng phát triển đề tài

Nghiên cứu và mô phỏng kỹ thuật OFDM trên kit NI USRP 2920 đã chứng minh được tính khả thi và hiệu quả của kỹ thuật OFDM trong các hệ thống truyền thông hiện đại. Kết quả nghiên cứu không chỉ cung cấp cái nhìn sâu sắc về các vấn đề lý thuyết mà còn mở ra hướng đi mới cho các nghiên cứu tiếp theo trong lĩnh vực này. Hướng phát triển tiếp theo có thể bao gồm việc tối ưu hóa các tham số của hệ thống OFDM, nghiên cứu các kỹ thuật mới để cải thiện chất lượng tín hiệu và mở rộng ứng dụng của OFDM trong các lĩnh vực khác nhau.

5.1. Hướng phát triển của đề tài

Hướng phát triển của đề tài có thể tập trung vào việc nghiên cứu các kỹ thuật mới trong công nghệ truyền thông không dây, như mạng không dây thế hệ tiếp theo (5G) và các ứng dụng của OFDM trong các lĩnh vực như IoT và truyền hình số. Việc áp dụng các công nghệ mới sẽ giúp nâng cao hiệu suất và chất lượng dịch vụ trong các hệ thống truyền thông hiện đại. Ngoài ra, việc phát triển phần mềm mô phỏng và các công cụ hỗ trợ nghiên cứu cũng là một hướng đi quan trọng để nâng cao khả năng nghiên cứu và ứng dụng của các kỹ thuật truyền thông mới.