Tài liệu Giảm PAPR bằng PST và một vài ảnh hưởng lên hệ truyền thông OFDM

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN PHẠM THỊ MAI HOA GIẢM PARPR BẰNG PST VÀ MỘT VÀI ẢNH HƯỞNG LIÊN HỆ TRUYỀN THÔNG OFDM LUẬN VĂN THẠC SĨ Hà Nội- 2006 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN PHẠM THỊ MAI HOA GIẠM PARPR BẰNG PST VÀ MỘT VÀI ẢNH HƯỞNG LIÊN HỆ TRUYỀN THÔNG OFDM Ngành: Kỹ Thuật Điện Tử-Viễn Thông Mã số: 2.07.00 Người Hướng Dẫn PGS Hà Nội- 2006 -1- --- --- ------ --- ------ --- ----- --- ------ --- --MỤC LỤC MỞ ĐẦU ................................................................................................................ 1 CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ OFDM 1.1 Mô hình hệ thống OFDM 1.1.1 Nguyên lý xây dựng mô hình hệ thống OFDM sử dụng FFT/IFFT ............... 4 1.1.2 Mô hình cơ bản của hệ thống OFDM sử dụng FFT/IFFT ............................. 7 1.2 Các đặc điểm chính của OFDM 1.2.1 Ưu điểm so với điều chế đơn sóng mang ....................................................... 10 1.2.2 Nhược điểm .................................................................................................. 13 1.3 Khái quát về phạm vi ứng dụng của OFDM ................................................... 14 CHƢƠNG 2. ẢNH HƢỞNG VÀ CÁC BIỆN PHÁP GIẢM PAPR CHỦ YẾU 2.1. Ảnh hƣởng của PAPR (cao) đối với hệ thống OFDM ................................... 15 2.2 PAPR và thuộc tính thống kê của nó .............................................................. 19 2.3 Các giải pháp giải quyết vấn đề PAPR cao..................................................... 21 2.3.1. Kỹ thuật xử lý làm méo tín hiệu trước ............................................................ 22 2.3.2 Mã hoá để giảm PAPR .................................................................................... 25 2.3.3 Xáo trộn ký hiệu.............................................................................................. 31 2.3.4 Truyền thông tin hỗ trợ ................................................................................... 35 2.3.5 Kết luận .......................................................................................................... 35 CHƢƠNG 3 GIẢM PAPR BẰNG PST 3.1 Mô hình hệ thống OFDM dùng PST ............................................................... 38 3.2. Biến đổi cân chỉnh khối (PST) ........................................................................ 39 3.3 Một số kết quả mô phỏng chính41 3.3.1 Khảo sát hiệu quả giảm PAPR của PST .......................................................... 41 3.3.2 Khảo sát ảnh hưởng của giải pháp đối với hệ thống OFDM ........................... 42 KẾT LUẬN ............................................................................................................ 52 PHỤ LỤC ............................................................................................................... 56 --- --- ------ --- ------ --- ----- --- ------ --- --- -2- --- --- ------ --- ------ --- ----- --- ------ --- --- Chữ viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt A/D Analog to Digital Converter Bộ chuyển đổi tương tự - số BER Bit Error Ratio Tỷ lệ lỗi bit BS Block Scaling Cân chỉnh khối CCDF Complementary Cumulative Distribution Hàm phân bố tích lũy bù Function CDMA Code Division Multiple Access Đa truy cập phân chia theo mã CP Cyclic Prefix Tiền tố lặp D/A Digial to Analog Converter Bộ chuyển đổi số - tương tự DS – Direct Sequence – Code Division Đa truy nhập theo mã dãy trực tiếp CDMA Multiple Access xDSL Digital Subscriber Line Họ đường dây thuê bao số FDMA Frequency Division Multiple Access Đa truy cập phân chia theo tần số FEC Forward Error Coding Mã hóa sửa sai hướng thuận FFT Fast Fourier Transform Biến đổi Fourier rời rạc nhanh HPA High Power Amplifier Bộ khuếch đại công suất ICI InterCarrier Interference Nhiễu xuyên kênh IFFT Inverse Fast Fourier Transform Biến đổi Fourier rời rạc ngược nhanh ISI MC CDMA InterSymbol Interference Nhiễu xuyên ký hiệu – MultiCarrier - Code Division Multiple Đa truy nhập theo mã đa sóng mang Access --- --- ------ --- ------ --- ----- --- ------ --- --- -3- --- --- ------ --- ------ --- ----- --- ------ --- --MCM MultiCarier Modulation OFDM Orthogonal PAPR Frequency Điều chế đa sóng mang Division Ghép kênh phân chia theo tần số Multiplexing trực giao Peak to Average Power Ratio Tỷ số công suất đỉnh trên công suất trung bình P/S Paralell to Serial Converter Bộ chuyển đổi song song thành nối tiếp PTS Patial Transmission Sequence Dãy truyền từng phần QAM Quadrature Amplitude Modulation Điều chế biên độ cầu phương QPSK Quadrature Phase Shift Keying Khóa dịch pha RF oscilator SLM SNR S/P TDMA TI TR WCDMA WLAN --- --- ------ --- ------ --- ----- --- ------ --- --- -4- --- --- ------ --- ------ --- ----- --- ------ --- --- MỞ ĐẦU Do yêu cầu truyền thông phải có tốc độ cao hơn, tin cậy hơn ở các môi trường khác nhau, cả hữu tuyến và vô tuyến, hệ thông tin đa sóng mang (MCM) đã và đang được áp dụng vào nhiều hệ thống khác nhau. Môi trường vô tuyến có các đặc điểm cơ bản: suy hao đường truyền tăng theo khoảng cách và theo tần số, ảnh hưởng của phading (tín hiệu thu được là tổng hợp của nhiều sóng phản xạ thăng giáng liên tục), ảnh hưởng của hiện tượng di tần Doppler (xảy ra khi bộ phát và bộ thu chuyển động). Do các đặc điểm đó mà việc truyền tin ở môi trường vô tuyến rất khó khăn, nhất là khi cần tốc độ cao. Vì vậy, đối với hệ thống thông tin di động thế hệ sau, yêu cầu tốc độ ngày càng cao, điều chế đa sóng mang (MCM) là loại điều chế phù hợp cho truyền thông. N Kênh nhánh Khoảng cách tần số Δ f=W/N ……………… f Hình 1. Phổ tần số của OFDM trên N kênh nhánh --- --- ------ --- ------ --- ----- --- ------ --- --- -5- --- --- ------ --- ------ --- ----- --- ------ --- --MCM có nguyên tắc là truyền dữ liệu bằng cách chia dòng dữ liệu thành một vài dòng chuỗi bít song song, mỗi chuỗi này có tốc độ bít thấp hơn nhiều, và sử dụng các dòng nhánh này để điều chế các sóng mang. Hệ thống đầu tiên sử dụng MCM xuất hiện vào cuối những năm 1950. OFDM là một dạng đặc biệt của MCM với các sóng mang có khoảng cách dày đặc và phổ chồng lấp lên nhau, lần đầu đăng ký bản quyền phát minh vào năm 1970 ở Mỹ. Bằng cách chọn khoảng cách tần số phù hợp, các sóng mang con trong hệ OFDM trực giao với nhau. Hệ thống truyền dẫn OFDM là dạng tối ưu của hệ thống truyền dẫn đa sóng mang ở môi trường vô tuyến. Mô hình của OFDM khi bắt đầu được đề xuất là mô hình điều chế tương tự, trong đó dùng các mạch lọc hoàn hảo đắt tiền để đảm bảo tính trực giao, tránh nhiễu xuyên ký tự (ISI). Yêu cầu khắt khe đó là khó khăn chính khiến OFDM không được đưa vào thực tế. Theo thời gian, cùng với những thành tựu về công nghệ xử lý tín hiệu số và nhờ công nghệ vi điện tử phát triển – có thể sản xuất các bộ vi mạch thuật toán phức tạp với chi phí không cao, hệ thống OFDM đã trở nên đơn giản và hiệu quả hơn với việc sử dụng kỹ thuật biến đổi Fourier nhanh (FFT/IFFT). Tiếp đó, tiền tố lặp (CP, còn gọi là khoảng bảo vệ Guard Period) được dùng để tránh được nhiễu xuyên kênh Hình 2. Mô tả việc chèn khoảng bảo vệ --- --- ------ --- ------ --- ----- --- ------ --- --- -6- --- --- ------ --- ------ --- ----- --- ------ --- --(ICI) [17]. Hệ thống OFDM này được gọi là hệ thống OFDM số và được khuyến nghị dùng cho hệ thống thông tin tốc độ cao và thông tin di động thế hệ thứ 4 (4G). Kết quả là, các chủ đề nghiên cứu và ứng dụng OFDM được xếp vào loại chủ đề được quan tâm nhiều nhất trên thế giới trong lĩnh vực viễn thông [8]. Với một số lượng đề Hình 3: Tiến trình công nghệ theo chu kỳ 10 năm tài nghiên cứu tổng quan về OFDM đã có, xu hướng tất yếu của các đề tài là tìm hiểu về OFDM trong các ứng dụng cụ thể. Nghĩa là, các nghiên cứu sẽ tập trung vào mô hình các ứng dụng của OFDM, cũng như các giải pháp khắc phục các nhược điểm của hệ thống OFDM. Chính vì thế, em chọn đề tài “Gi¶m PAPR b»ng PST vµ mét vµi ¶nh h-ëng lªn hÖ truyÒn th«ng OFDM”, tìm hiểu về một kỹ thuật khắc phục nhược điểm lớn nhất của hệ thống OFDM là PAPR cao. Nội dung của Luận văn gồm có 3 chương. Chương 1 giới thiệu chung về hệ thống OFDM. Chương 2 đề cập đến khái niệm, đặc tính thống kê cũng như ảnh hưởng của PAPR đối với hệ thống và các giải pháp giảm PAPR chủ yếu đã được đề xuất. Chương cuối cùng tìm hiểu cụ thể giải pháp giảm PAPR bằng biến đổi cân chỉnh khối (PST), bao gồm việc tìm hiểu sơ đồ khối, tiến hành mô phỏng để khảo sát hiệu quả của giải pháp trong việc giảm PAPR và ảnh hưởng đối với hệ thống. --- --- ------ --- ------ --- ----- --- ------ --- --- -7- --- --- ------ --- ------ --- ----- --- ------ --- --- CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ OFDM 1.4 Mô hình hệ thống OFDM 1.4.1 Nguyên lý xây dựng mô hình hệ thống OFDM sử dụng FFT/IFFT Theo lịch sử phát triển, kỹ thuật OFDM đã được đưa ra vào cuối thập niên 1960 [4] như được mô tả trên hình 1.1, tuy nhiên, đó chỉ là mô hình điều chế tương tự; trong đó, đòi hỏi phải có các băng lọc hoàn hảo và nhiều bộ dao động cao tần với độ ổn định tần số rất cao. Yêu cầu khắt khe này có thể được thay thế bằng cách sử dụng bộ biến đổi nhanh Fourier ngược (IFFT). Nơi phát x0,l x1,l Kênh truyền 0(t) Nơi thu n(t) 0(t) y0,l 1(t) g(;t) xN-1,l N-1(t) YN- N-1(t) 1,l (l+1)T Hình 1.1: Mô hình hệ thống OFDM tƣơng tự Thật vậy, trong trường hợp tổng quát, mỗi sóng mang nhánh trong sơ đồ trên có thể được biểu diễn dưới dạng phức như sau: S c (t )  An (t )e j  nt   n ( t )  (1.1) --- --- ------ --- ------ --- ----- --- ------ --- --- -8- --- --- ------ --- ------ --- ----- --- ------ --- --Trong đó, An (t) và  n(t) là biên độ và pha của sóng mang con trên nhánh thứ n,  n  0  n Tín hiệu OFDM thu được từ phép điều chế là tổng các sóng mang con trên các nhánh thành phần có dạng S OFDM (t )  1 N N 1  A (t )e  n 0 j n nt   n (t )  (1.2) Khi phân tích tín hiệu nhận được sau khi thực hiện điều chế OFDM, ta thường phải quan tâm đến các đặc điểm và chu kỳ T của ký hiệu OFDM. Nếu xét trong khoảng thời gian T này, các biến An (t) và  n(t) - chỉ phụ thuộc vào tần số của mỗi sóng mang con – là cố định. Do đó, ta có thể viết: n(t)  n An (t)  An Thực hiện lấy mẫu tín hiệu trên với tần số 1/T0 ta có: S OFDM (t )  1 N N 1  A (t )e  n 0 j n 0  n kT0   n  (1.3) Không mất tính tổng quát, giả sử w0 = 0 và T0 =T/N j 1 N 1 S OFDM (t )   An e j n e N n 0 S OFDM (t )  j 1 N 1 An e j n e  N n 0 nkT N 2 nfT N (1.4) So sánh công thức này với kết quả phép IFFT của N điểm rời rạc Sc(kT) tại N đầu ra của bộ thu IFFT là : S OFDM (t )  1 N 1  n  j  S c  e N n0  NT  2 nk N (1.5) --- --- ------ --- ------ --- ----- --- ------ --- --- -9- --- --- ------ --- ------ --- ----- --- ------ --- --với N là kích thước của bộ FFT/IFFT, ta có thể thấy có thế sử dụng IFFT thay cho các bộ lọc hoàn hảo đắt tiền và nhiều bộ dao động cao tần có độ ổn định tần số rất cao. Điều quan trọng là đạt được tính trực giao giữa các sóng mang trên các nhánh. Điều kiện này thoả mãn khi khoảng cách tần số giữa các sóng mang con Δ f thoả mãn điều kiện: f   1 1   2 T NT0 (1.6) Trong đó, T là chu kỳ ký hiệu OFDM T0 là chu kỳ lấy mẫu tín hiệu OFDM của mỗi ký tự. Lý thuyết trên là cơ sở để xây dựng mô hình hệ thống OFDM số dùng trong thực tế. Cùng với sự phát triển của kỹ thuật số, của công nghệ vi mạch tích hợp tốc độ xử lý cao, kỹ thuật OFDM sử dụng IFFT/FFT được thực hiện đơn giản, hiệu quả hơn và ngày càng được ứng dụng rộng rãi. Ta sẽ tìm hiểu hệ thống này cụ thể hơn ở phần tiếp theo. Hình 1.2. Phổ tần số của OFDM --- --- ------ --- ------ --- ----- --- ------ --- --- - 10 - --- --- ------ --- ------ --- ----- --- ------ --- --- 1.4.2 Mô hình cơ bản của hệ thống OFDM sử dụng FFT/IFFT Chuyển đổi S/P Điều chế số Chuyển đổi P/S IFFT Dữ liệu phát Kênh truyền HPA Chuyển đổi P/S Giải điều chế FFT D/A RF oscilator HPA Dữ liệu thu Chèn CP RF oscilator Chuyển đổi S/P Loại CP A/D Hình 1.3: Mô hình hệ thống OFDM số  Chức năng của từng khối ở phần phát của hệ thống được mô tả như sau:  Bộ chuyển đổi từ nối tiếp thành song song (S/P) Tại nơi phát, luồng dữ liệu phát (nối tiếp) với tốc độ cao sẽ được chuyển thành các nhánh dữ liệu con truyền đồng thời cùng nhau, tốc độ bit truyền trên từng nhánh con nhỏ hơn nhiều so với luồng dữ liệu phát ban đầu. Do đó, chu kỳ một ký hiệu OFDM tăng, tạo nên hiệu quả chống ISI cho hệ thống. Về phương diện tần số, triệt ISI là do có thể coi mỗi dải con là phading phẳng (flat fading) vì nó chỉ chiếm 1/N dải thông so với trường hợp đơn sóng mang.  Khối điều chế số Thực chất đây là quá trình điều chế dữ liệu trên các sóng mang con. Quá trình điều chế có thể thực hiện với cả pha và biên độ tạo thành các véc tơ phức I – Q. Chẳng hạn như ở hình 1.4 là chòm sao của điều chế 64-QAM ánh xạ 8 bit với mỗi ký tự. --- --- ------ --- ------ --- ----- --- ------ --- --- - 11 - --- --- ------ --- ------ --- ----- --- ------ --- -- Khối IFFT Trên thực tế, số sóng mang con được sử dụng thường nhỏ hơn kích thước của bộ IFFT. Đó là do trong số NIFFT đầu vào của bộ IFFT có một số đầu vào được dùng cho các mục đích khác nhau như tạo khoảng trống giữa các ký hiệu OFDM hoặc chèn tiền tố lặp. Các bộ biến đổi IFFT/FFT dựa trên thuật toán biến đổi Fourier nhanh cho phép giảm số lượng phép nhân phức của các biến đổi Fourier rời rạc (DFT). Điều này làm tăng tính đơn giản và hiệu quả cho hệ thống. Có những trường hợp người ta không dùng DFT. Đó là khi số sóng mang (N) ít, cụ thể là N  32 người ta dùng dàn lọc số để thực hiện DFT. Nhưng nếu số sóng mang lớn hơn 32 thì việc thực hiện FFT sẽ có hiệu quả hơn trong tính toán. Một nhược điểm khi dùng bộ điều chế và giải điều chế dựa trên DFT đó là búp sóng phụ trong miền tần số tương đối lớn so với Hình 1.4: Giản đồ chòm tín hiệu của điều chế 64-QAM phương pháp dùng dàn lọc. Khi đó hệ OFDM dùng DFT dễ bị nhiễu xuyên kênh ICI trừ khi tiền tố vòng CP đủ lớn. Nếu ICI là một vấn đề do kênh không bình thường thì có thể dùng đến giải pháp dàn lọc có búp sóng phụ nhỏ hơn. Đặc biệt, lớp các dàn lọc đa tốc với thuộc tính tái tạo hoàn hảo liên quan tới các mạch lọc dựa trên sóng con (wavelet) còn có nhiều ưu điểm khác. --- --- ------ --- ------ --- ----- --- ------ --- --- - 12 - --- --- ------ --- ------ --- ----- --- ------ --- -- Khối chuyển đổi từ song song thành nối tiếp (P/S) Khối này chuyển các ký hiệu sau IFFT thành chuỗi nối tiếp nhau. Nếu chu kỳ lấy mẫu của tín hiệu ban đầu là T0 và N là kích thước bộ IFFT/FFT thì sau bộ biến đổi này ta thu được ký hiệu OFDM có chu kỳ T=N.T0. Trong quá trình truyền đi, các ký hiệu gồm nhóm N mẫu này thường được đánh dấu để phân biệt được với nhau nhờ phương pháp chèn CP hoặc chèn các ký hiệu đặc biệt vào giữa các ký hiệu OFDM.  Chèn tiền tố lặp (CP) Hình 1.5: Mô tả chèn CP Việc này nhằm mục đích khoảng thời gian kéo dài của mỗi ký hiệu OFDM lớn hơn trải trễ cực đại của kênh đa đường, đồng thời giữ nguyên tính trực giao giữa các sóng mang con trong ký hiệu OFDM. CP là bản sao chép đoạn tín hiệu cuối trong mỗi ký hiệu OFDM, được ghép vào đầu của nó để đảm bảo các sóng mang con thành phần có tính tuần hoàn. Điều này giúp cho hệ thống có khả năng chống ISI và ICI rất tốt. Ngoài ra, kỹ thuật này còn có tác dụng tốt trong việc thực hiện đồng bộ. Mặc dù việc chèn CP vào chuỗi ký hiệu OFDM truyền đi làm giảm hiệu suất truyền tin, song, những lợi ích to lớn mà nó đem lại khiến cho việc sử dụng kỹ thuật này là rất phổ biến trong thực tế. --- --- ------ --- ------ --- ----- --- ------ --- --- - 13 - --- --- ------ --- ------ --- ----- --- ------ --- -- Bộ chuyển đổi D/A, bộ dao động cao tần (RF) và bộ khuyếch đại công suất (HPA) Bộ chuyển đổi D/A chuyển đổi các ký tự từ dạng số sang dạng tương tự. Sau đó, tín hiệu được điều chế bởi một tín hiệu có tần số cao trong dải tần vô tuyến RF và tiếp theo là tín hiệu được đưa lên kênh truyền để đến nơi thu. Bộ khuếch đại công suất cao HPA có tác dụng khuếch đại công suất tín hiệu trước khi tín hiệu được phát đi.  Tại nơi thu, bộ giải điều chế OFDM cũng bao gồm các khối tương tự như ở nơi phát, với chức năng ngược lại.  Trong thực tế, sơ đồ khối của hệ thống còn cần thêm các khối khác như xử lý tín hiệu khi điều chế để giảm PAPR ở phần điều chế, khối đồng bộ thời gian và tần số ở phần giải điều chế. 1.5 Các đặc điểm chính của OFDM 1.5.1 Ưu điểm so với điều chế đơn sóng mang  Truyền dẫn tốc độ cao: Hệ thống OFDM cung cấp khả năng truyền dẫn tốc độ cao do quá trình truyền đồng thời các nhánh.  Hiệu suất sử dụng phổ cao Đó là nhờ đặc tính chồng lấp lên nhau ở miền tần số của các sóng mang con. Giả sử N là số sóng mang con thì băng thông tổng cộng của tín hiệu điều chế OFDM là W  N 1 TS với Ts là chu kỳ ký hiệu (1.7) Nếu sử dụng điều chế đơn sóng mang thông thường thì băng thông cần thiết để truyền dẫn thông tin với tốc độ tương đương như hệ thống đa sóng mang là --- --- ------ --- ------ --- ----- --- ------ --- --- - 14 - --- --- ------ --- ------ --- ----- --- ------ --- --W ' 2N TS (1.8) Liên hệ giữa W và W’ qua hai biểu thức (1.7) và (1.8) cho thấy hiệu suất sử dụng phổ của OFDM so với điều chế đơn sóng mang thông thường tăng khi số sóng mang N tăng. Trong trường hợp N đủ lớn (N   ), băng thông cần thiết để truyền dẫn OFDM chỉ bằng một nửa so với truyền dẫn đơn sóng mang thông thường.  Kháng nhiễu tốt trên kênh phading chọn tần Kênh này có đại lượng đặc trưng là nghịch đảo của thời gian trải trễ, gọi là dải thông kết hợp hay dải thông tương quan. Khi truyền qua kênh có băng thông hữu hạn, nhất là khi truyền với tốc độ cao, tín hiệu sẽ gặp phải ISI. Đó là hiện tượng chồng lấn giữa các ký hiệu lân cận khi chu kỳ bit nhỏ và tương đương với thời gian trải trễ. Hình 1.6a: Tín hiệu QAM trƣớc và sau khi qua kênh fading --- --- ------ --- ------ --- ----- --- ------ --- --- - 15 - --- --- ------ --- ------ --- ----- --- ------ --- --Đối với OFDM, do các dòng nhánh có tốc độ thấp nên nó ít nhạy với trải trễ thời gian của kênh, trải trễ cùng bậc với chu kỳ bit nên nhỏ hơn chu kỳ ký hiệu và triệt được ISI. Hình 1.6b: Tín hiệu OFDM trƣớc và sau khi qua kênh fading Cụ thể hơn, ta xem xét phổ tín hiệu QAM và tín hiệu OFDM sau khi qua kênh. Phổ tín hiệu QAM tập trung quanh tần số sóng mang, và như minh họa trên hình 1.6a, khi chỗ trũng fading rơi vào phần này thì tín hiệu sẽ bị phá hủy, trong khi phổ của OFDM trải đều trên toàn dải thông và chỗ trũng fading không ảnh hưởng nhiều tới nó (hình 1.6b). Với việc chèn thêm CP thích hợp, hệ thống có thể chống được cả ICI.  Hiệu quả trong điều chế và giải điều chế --- --- ------ --- ------ --- ----- --- ------ --- --- - 16 - --- --- ------ --- ------ --- ----- --- ------ --- --Điều này có được nhờ việc thực hiện số hoá hoàn toàn bằng IFFT và FFT. Việc thực hiện điều chế và giải điều chế số còn giúp ta tránh được việc dùng các bộ ổn định tần số cao.  Phân tập tần số Dữ liệu của người dùng được điều chế trên tất cả các sóng mang con nên ta có được phân tập tần số giống như trong CDMA. OFDM có thể kết hợp với DS - CDMA để tạo thành hệ MC – CDMA.  Ngoài ra, hệ thống OFDM còn có một số ưu điểm trên các khía cạnh cụ thể khác, chẳng hạn giảm độ phức tạp của máy thu. 1.5.2 Nhược điểm  Tỷ số công suất đỉnh trên công suất trung bình (PAPR) cao Do tín hiệu OFDM là tổng của nhiều thành phần nên biên độ của nó có đỉnh cao, dẫn tới PAPR cao. Hiện tượng này gây nên sự bão hoà trong bộ khuếch đại và yêu cầu bộ biến đổi D/A có dải động rộng. Cách khắc phục vấn đề này sẽ được trình bày cụ thể hơn trong chương 2.  Đồng bộ nhạy với di tần Đồng bộ là một khâu rất quan trọng trong các hệ thống thông tin số nói chung, nó là chìa khóa để xác định chính xác các thông số như tần số sóng mang, chu kỳ ký hiệu, … tại nơi thu. Đặc biệt, đối với hệ thống OFDM, do tính trực giao của các sóng nhánh, hệ thống rất nhạy cảm với nhiều yếu tố như: tạp âm pha, lỗi đồng bộ ký hiệu, tần số lấy mẫu không hoà hợp do sự khác nhau gữa đồng bộ nơi phát và nơi thu, sự di tần của sóng mang xảy ra khi bộ dao động tại nơi phát và thu có tần số khác nhau. Có khá nhiều thuật toán dùng để đồng bộ cho hệ OFDM, có thể chia thành hai loại chủ yếu: --- --- ------ --- ------ --- ----- --- ------ --- --- - 17 - --- --- ------ --- ------ --- ----- --- ------ --- --- Thuật toán đồng bộ sử dụng tiền tố lặp (CP). - Thuật toán đồng bộ sử dụng các ký hiệu đặc biệt. Tuỳ vào cấu trúc của hệ thống, điều kiện truyền dẫn và đặc điểm xử lý tín hiệu số mà người thiết kế hệ thống chọn thuật toán đồng bộ phù hợp, với tiêu chí là : đảm bảo tính hiệu quả, độ chính xác và giảm được độ phức tạp trong tính toán càng nhiều càng tốt. 1.6 Khái quát về phạm vi ứng dụng của OFDM OFDM không được đệ trình cho thông tin di động thế hệ thứ 3 do xu hướng phát triển của WCDMA mà nguyên nhân chủ yếu là nghiên cứu về kỹ thuật này đầy đủ, đa dạng hơn cũng như số lượng hệ thống hiện thực nhiều hơn. Tuy nhiên, với những ưu điểm nổi bật khi dùng trong môi trường vô tuyến di động, OFDM đã được khuyến nghị dùng cho các hệ thống thông tin tốc độ cao như phát thanh, truyền hình số và các hệ thống thông tin di động trong tương lai như hệ thống WLAN. OFDM cũng là một giải pháp đầy hứa hẹn để thực hiện hệ thống thông tin di động đa phương tiện (còn gọi là thông tin di động thế hệ 4). Người ta cũng đã và đang nghiên cứu khả năng kết hợp kỹ thuật này với FDMA, TDMA, CDMA để tạo thành các kỹ thuật đa truy nhập trong thông tin di động. Trong các phương án trên, MC – CDMA, kết hợp giữa OFDM và DS – CDMA là hệ thống được nghiên cứu rộng rãi nhất vì nó mang lại nhiều ưu điểm hơn so với các phương án còn lại, chẳng hạn tính linh động, hiệu suất sử dụng phổ, chỉ tiêu chất lượng, khả năng chống nhiễu, … - là những ưu điểm hệ thống này thừa hưởng từ CDMA và OFDM. Xu hướng sử dụng OFDM trong tương lai là các hệ thống phối hợp, bổ sung và hỗ trợ các truyền thống đơn sóng mang chứ không cạnh tranh với các hệ thống này. --- --- ------ --- ------ --- ----- --- ------ --- --- - 18 - --- --- ------ --- ------ --- ----- --- ------ --- --- CHƢƠNG 2 ẢNH HƢỞNG VÀ CÁC BIỆN PHÁP GIẢM PAPR CHỦ YẾU 2.1. Ảnh hƣởng của PAPR (cao) đối với hệ thống OFDM Một trong những nhược điểm chính của MCM khiến nó khó khăn trong việc triển khai trên thực tế là sự dao động lớn của đường bao tín hiệu MCM, hay còn gọi là PAPR cao, gọi tắt là vấn đề PAPR. Mặc dù các đỉnh có công suất lớn hơn công suất trung bình rất nhiều xuất hiện không nhiều, song, chúng có thể vượt quá dải động của bộ khuếch đại, dẫn đến tín hiệu bị ghim (clipping) khi đi qua. Trên hình 2.1, một đường cong công suất vào – ra điển hình được thể hiện (đường đứt nét): với các công suất vượt quá P in,max, lối ra của thiết bị luôn là hằng số : Pout,max =G·Pin,max; (2.1) (bỏ qua sự mất mát công suất có thể giả sử G = 1) Điều này khiến cho tín hiệu trước khi phát đã bị méo Hình 2.1 Đặc tính công suất vào/ra của một HPA ngay cả khi bộ khuếch đại có đặc tính ghim lý tưởng (còn gọi là ghim giới hạn mềm soft limiter) (đường liền nét ở hình 2.1), nghĩa là khi méo biên bộ và pha được bù bằng các biện pháp sửa lỗi trước phi tuyến (chi tiết hơn về các biện pháp này có thể tham khảo trong [18]). --- --- ------ --- ------ --- ----- --- ------ --- ---