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 )
Đồ án tốt nghiệp
Phần 2 Nguyên lý và kỹ thuật OFDM
khối phát, dữ liệu số sau khi đợc điều chế vào các sóng mang đợc đem đi thực
hiện phép biến đổi Fourier để tạo sự trực giao giữa các sóng mang. Trong thực
tế ngời ta dùng phép biến đổi Fourier nhanh (FFT) cho bớc này. FFT là một
dạng biến đổi Fourier rời rạc (DFT) nhng cho hiệu quả tính toán cao hơn nên
đợc dùng trong các hệ thống thực tế. Sau khi đã tạo đợc sự trực giao giữa các
sóng mang, các sóng mang này lại đợc chuyển về miền thời gian bằng IFFT
để truyền đi. Lúc này ta đã tạo đợc một tín hiệu OFDM gồm một nhóm các
sóng mang trực giao với nhau trong miền thời gian. Lu ý, tín hiệu OFDM mới
chỉ ở băng tần cơ sở, cần đợc chuyển lên tới tần số đợc lựa chọn để truyền đi.
Khối thu thực hiện quá trình ngợc lại khối phát. Tín hiệu OFDM thu từ
anten đợc chuyển về băng tần cơ sở để xử lý. Tín hiệu này sau đó đợc qua FFT
để phân tích tín hiệu trong miền tần số. Pha và biên độ của các sóng mang con
đợc nhận diện và đợc chuyển thành dữ liệu số cần thu.
2.2.1 Chuyển đổi nối tiếp song song (Serial to Parallel)
Dữ liệu số thờng ở dạng một chuỗi các bit liên tiếp. Trong hệ thống
OFDM, mỗi symbol thờng mang từ 40 4000 bits, do đó bớc chuyển đổi nối
tiếp song song là cần thiết để đặt các bit thông tin lên OFDM symbol. Số bit
thông tin trên một symbol phụ thuộc vào phơng thức điều chế và số sóng
mang con. Ví dụ, ta sử dụng phơng thức điều chế 16-QAM, nh vậy mỗi sóng
mang sẽ mang 4 bits thông tin, và số sóng mang con sử dụng là 100 thì số bit
thông tin trên một symbol sẽ là 4ì100 = 400 (bits). Chú ý rằng nếu ta dùng
phơng thức điều chế thích nghi (Adaptive Modulation) thì số bit thông tin trên
từng sóng mang con có thể không giống nhau. Tại phía thu quá trình ngợc lại,
chuyển đổi song song nối tiếp, sẽ đợc thực hiện để chuyển dữ liệu về dạng nối
tiếp nh ban đầu.
Khi tín hiệu OFDM truyền trong môi trờng đa đờng, do pha đinh chọn
lựa tần số sẽ xuất hiện những nhóm sóng mang con bị suy giảm nghiêm trọng
tới mức gây ra lỗi bit tại phía thu. Các điểm trũng trong đáp ứng tần số của
kênh truyền có thể làm cho thông tin trên một số sóng mang lân cận nhau bị
28
Đồ án tốt nghiệp
Phần 2 Nguyên lý và kỹ thuật OFDM
phá huỷ, kết quả là có một cụm các bit liền nhau bị lỗi. Nếu nh cụm bit lỗi
này không quá lớn, nằm trong tầm kiểm soát của bộ sửa lỗi ở phía thu thì vấn
đề sẽ chẳng đáng ngại. Nhng thực tế, các cụm bit lỗi này lại thờng khá lớn,
trong khi khả năng kiểm soát của bộ sửa lỗi lại rất hạn chế, vả lại việc cải
thiện khả năng sửa lỗi thờng rất tốn kém. Một ý tởng đơn giản và dễ thực hiện
để giải quyết vấn đề này đó là: nếu nh các cụm bit lỗi này gồm các bit không
lân cận nhau thì khi chuyển đổi song song sang nối tiếp ở phía thu, các bit lỗi
này sẽ nằm rải rác, và nh vậy ta đã tránh đợc các cụm bit lỗi lớn. Do đó ở hầu
hết các hệ thống thực tế, ngời ta đều sử dụng một bộ xáo trộn bit hay còn gọi
là cài xen (interleaving) nh là một phần của quá trình chuyển đổi nối tiếp song
song. Thay vì truyền các bit tuần tự theo vị trí của chúng trong chuỗi bit thông
tin đầu vào, ta truyền chúng không theo thứ tự, rồi sau đó lại sắp xếp chúng
đúng thứ tự ở phía thu.
2.2.2 Điều chế sóng mang phụ
Các sóng mang phụ sau khi đợc cấp phát các bit thông tin để truyền
đi, chúng sẽ đợc điều chế pha và biên độ bằng các phơng thức điều chế thích
hợp. Lúc này sóng mang đợc biểu diễn bằng vector IQ. Quá trình điều chế
vào các sóng mang con thực chất là quá trình ánh xạ các bit thông tin theo
một sơ đồ điều chế (Constellation) cụ thể. Do đó quá trình này còn gọi là
Mapping.
Tại máy thu, thực hiện việc giải mã vectơ IQ thành từ mã ban đầu. Trong
quá trình truyền, nhiễu và méo của kênh truyền làm cho các vectơ IQ thu nhận
đợc không rõ nét, do đó có thể gây lỗi nhận diện từ mã. Do đó với mỗi phơng
thức điều chế sẽ cần một tỷ số tín hiệu trên tạp âm nhất định. Ví dụ với phơng
thức điều chế 16-QAM, khi đó tỷ số tín hiệu trên tạp âm cho phép là S/N =
18dB.
29
Đồ án tốt nghiệp
Phần 2 Nguyên lý và kỹ thuật OFDM
2.2.3 Chuyển đổi từ miền tần số sang miền thời gian
Sau giai đoạn điều chế sóng mang con, ta đã ấn định đợc cho mỗi sóng
mang con một biên độ và pha dựa trên các bit thông tin đợc truyền đi và phơng thức điều chế sóng mang đợc sử dụng, những sóng mang con không
truyền tin sẽ có biên độ bằng 0. Đây là bớc xây dựng tín hiệu OFDM trong
miền tần số. Để truyền đợc thì tín hiệu OFDM phải đợc chuyển về miền thời
gian bằng IFFT. Trong miền tần số, mỗi điểm rời rạc mà tại đó ta thực hiện
IFFT tơng ứng với một sóng mang con. Các sóng mang con có biên độ bằng
không sẽ đợc sử dụng nh dải bảo vệ
Hình 2-5 Tạo tín hiệu OFDM, giai đoạn IFFT
2.2.4 Điều chế tần số vô tuyến (RF Modulation)
Tín hiệu OFDM đợc tạo ra sau giai đoạn IFFT mới chỉ ở tần số cơ sở,
tín hiệu này còn phải đợc nâng lên tần số cao hơn để phục vụ cho việc truyền
dẫn. Bớc này có thể áp dụng kỹ thuật tơng tự hoặc kỹ thuật chuyển đổi số. Cả
2 kỹ thuật đều có các thao tác giống nhau, tuy nhiên điều chế số có xu hớng
chính xác hơn do độ chính xác trong việc phối ghép 2 kênh I&Q, mặt khác kỹ
thuật điều chế số cho giá trị pha chính xác hơn.
30
Đồ án tốt nghiệp
Phần 2 Nguyên lý và kỹ thuật OFDM
Hình 2-6 Điều chế tần số vô tuyến tín hiệu OFDM băng cơ sở sử dụng kỹ
thuật tơng tự
Hình 2-7 Điều chế tần số vô tuyến tín hiệu OFDM băng cơ sở sử dụng kỹ
thuật số (DDS - Tổng hợp số trực tiếp)
2.3
Khoảng bảo vệ GI (Guard Interval)
Với một dải thông cho trớc, tốc độ symbol của một tín hiệu OFDM nhỏ
hơn nhiều so với tốc độ symbol của một sóng mang trong hệ thống đơn sóng
mang. Nếu sử dụng phơng thức điều chế BPSK thì tốc độ symbol sẽ bằng với
tốc độ bit. Nh ta đã biết, dải thông của một tín hiệu OFDM sẽ bằng dải thông
cho trớc ở trên chia cho N sóng mang con. Do vậy tốc độ bit của một tín hiệu
31
Đồ án tốt nghiệp
Phần 2 Nguyên lý và kỹ thuật OFDM
OFDM sẽ nhỏ hơn N lần tốc độ bit trên một sóng mang trong hệ thống đơn
sóng mang. Tốc độ symbol trên sóng mang con thấp tạo cho OFDM có khả
năng chịu ISI rất tốt.
Tuy nhiên, còn có thể cải thiện hơn nữa khả năng chịu ISI của hệ thống
OFDM bằng cách chèn thêm các dải bảo vệ vào trớc mỗi symbol . Dải bảo vệ
của mỗi symbol là một phần bản sao của chính symbol đó, có thể là phần đầu
hoặc phần cuối hoặc cả 2 phần của chính symbol đó. Thờng thì ngời ta hay
dùng phần cuối của symbol làm dải bảo vệ cho symbol đó. Khi đó khoảng bảo
vệ GI đợc gọi là CP (Cyclic Prefix). Chèn thêm dải bảo vệ làm thời gian
truyền của symbol tăng lên, do đó làm tăng khả năng chịu ISI. Nh đã đề cập ở
trên, mỗi sóng mang con mang một phần tin tức của 1 symbol, dùng một phần
symbol làm dải bảo vệ còn tạo cho việc truyền dẫn đợc liên tục, không có sự
ngắt quãng giữa các symbol. Hơn nữa, dải bảo vệ còn cho phép giảm lỗi do sự
xê dịch thời gian ở máy thu.
2.3.1 Chống lỗi do dịch thời gian
Để giải mã tín hiệu OFDM, máy thu phải thực hiện FFT với từng symbol
để lấy ra đợc biên độ và pha của sóng mang con. Với các hệ thống OFDM có
tốc độ lấy mẫu nh nhau cho cả máy phát và thu, thì kích thớc FFT phải nh
nhau cho cả tín hiệu phát và tín hiệu thu nhằm duy trì đợc tính trực giao giữa
các sóng mang con. Do chèn thêm dải bảo vệ mỗi symbol thu đợc có thời gian
lấy mẫu là TG + TFFT, trong khi máy thu chỉ cần giải mã tín hiệu trong khoảng
thời gian TFFT. Do đó khoảng thời gian TG là thừa. Với một kênh truyền lý tởng
không có trễ truyền dẫn, máy thu sẽ không gặp phải bất kỳ sự xê dịch nào về
mặt thời gian và vẫn lấy mẫu chính xác mà không cần bất kỳ một khoảng
ngăn cách nào giữa các symbol. Tuy nhiên, trong thực tế không có kênh
truyền nào là lý tởng, trên mọi kênh truyền luôn luôn có trễ truyền dẫn. Dải
bảo vệ sẽ chuyển đổi các xê dịch về mặt thời gian này thành sự quay pha của
các sóng mang con trong tín hiệu thu đợc. Lợng quay pha này tỷ lệ với tần số
của sóng mang con. Giả sử lợng thời gian xê dịch là nh nhau với các symbol
32