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
Hình 2- Cấu trúc trong miền thời gian của một tín hiệu OFDM
Trong đó, hình (1a), (2a), (3a) và (4a) là các sóng mang con thành phần,
với số chu kỳ tơng ứng là 1, 2, 3, và 4. Pha ban đầu các sóng mang con này
đều bằng 0. Hình (1b), (2b), (3b), (4b) tơng ứng là FFT của các sóng mang
con trong miền thời gian. Hình (4a) và (4b) cuối cùng là tổng của 4 sóng
mang con và kết quả FFT của nó.
Về mặt toán học, các sóng mang con trong một nhóm gọi là trực giao với
nhau nếu chúng thoả mãn :
C i= j
0 si(t)sj (t)dt = 0 i j
T
Công thức trên đợc hiểu là tích phân lấy trong chu kỳ một symbol của 2
sóng mang con khác nhau thì bằng 0. Điều này có nghĩa là ở máy thu các
sóng mang con không gây nhiễu lên nhau. Nếu các sóng mang con này có
dạng hình sin thì biểu thức toán học của nó sẽ có dạng :
24
Đồ án tốt nghiệp
Phần 2 Nguyên lý và kỹ thuật OFDM
sin(2 kf 0t ) 0 < t < T k = 1,2,...N
s k (t ) =
t
0
Trong đó:
f0 chính là khoảng cách tần số giữa các sóng mang con
N số sóng mang con trong một symbol ?
T thời gian tồn tại của symbol
Nf0 sẽ là sóng mang con có tần số lớn nhất trong một symbol
Dạng phổ của các sóng mang con dạng sin này sau khi đợc điều chế sẽ
giống nh hình sau. Lu ý rằng nếu các sóng mang con trên cha đợc điều chế thì
dạng phổ của chúng chỉ bao gồm thành phần phổ tại tần số trung tâm.
Hình 2-2 Phổ của họ sóng mang trực giao
Ta có thể nhận thấy rằng phổ của các sóng mang con tại tần số trung tâm
của sóng mang con khác thì bằng 0.
Trong kỹ thuật điện tử, tín hiệu truyền đi đợc biểu diễn bởi một dạng
sóng điện áp hoặc dòng điện theo thời gian, ta gọi chung là sóng mang. Sóng
mang này thờng có dạng hình sin. Sau khi đợc điều chế tin tức, trong sóng
mang không chỉ tồn tại duy nhất một tần số mà là một tổ hợp gồm: tần số
trung tâm của sóng mang và các hài. Mức tơng đối của một tần số khi so sánh
với một tần số khác đợc cho bởi phổ điện áp hoặc dòng điện. Phổ này có đợc
25
Đồ án tốt nghiệp
Phần 2 Nguyên lý và kỹ thuật OFDM
bằng phép biến đổi Fourier dạng sóng mang trong miền thời gian. Về mặt lý
thuyết, để đạt đợc giá trị phổ chính xác thì phải quan sát dạng sóng mang trên
toàn bộ miền thời gian (- ữ ), tức là phải thực hiện phép biến đổi Fourier
trên toàn bộ miền thời gian, tại vô hạn điểm. Không một hệ thống kỹ thuật
nào có thể làm đợc điều này. Thực tế cho thấy chỉ cần thực hiện phép biến đổi
Fourier tại một số hữu hạn điểm là có thể khôi phục đợc dạng sóng mang mà
không làm mất đi bản chất của tin tức. Phép biến đổi Fourier tại một số hữu
hạn điểm đợc gọi là phép biến đổi Fourier rời rạc (DFT-Discrete Fourier
Transform). Quá trình khôi phục dạng sóng mang từ phổ của nó đợc gọi là
phép biến đổi Fourier ngợc.
Nh đã trình bày ở trên, tín hiệu OFDM gồm một nhóm các sóng mang
con dạng hình sin trong miền thời gian. Trong miền tần số các sóng mang con
này có dạng sinc (sin cardinal), hay sin(x)/x. Dạng sinc có một búp chính và
các búp phụ có giá trị giảm dần về 2 phía tần số trung tâm của sóng mang con.
Mỗi sóng mang con có một giá trị đỉnh tại tần số trung tâm và bằng 0 cứ sau
mỗi khoảng tần số bằng khoảng cách tần số giữa các sóng mang con (f0). Tính
trực giao giữa các sóng mang thể hiện ở chỗ, tại đỉnh của một sóng mang con
bất kỳ trong nhóm thì các sóng mang con khác bằng 0. ở phía thu, khi dùng
DFT để tách sóng tín hiệu OFDM thì phổ của nó không còn là liên tục mà là
các mẫu rời rạc. Các mẫu đó đợc biểu diễn bởi các khuyên tròn (o) trên hình
vẽ. Nếu DFT đợc đồng bộ thời gian thì tần số mẫu của DFT sẽ tơng ứng với
đỉnh của các sóng mang con. Và nh vậy thì sự chồng phổ của các sóng mang
con không ảnh hởng đến máy thu. Giá trị đỉnh của một sóng mang con tơng
ứng với giá trị 0 của các sóng mang con khác, tính trực giao giữa các sóng
mang đợc bảo đảm.
26
Đồ án tốt nghiệp
Phần 2 Nguyên lý và kỹ thuật OFDM
Hình 2-3 Phổ của 1 tín hiệu OFDM có 5 sóng mang con
Trong đó (a) là phổ của từng sóng mang con và điểm lấy mẫu tại máy thu, (b)
là đáp ứng tổng hợp của 5 sóng mang con.
2.2
Thu phát tín hiệu OFDM
Hình 2-4 Sơ đồ khối thu phát OFDM
Đặc thù của tín hiệu OFDM là nó hoàn toàn đợc tạo ra trong miền số, do
rất khó để chế tạo các máy thu phát khóa pha dải rộng trong miền tơng tự. Tại
27
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