Xây dựng hệ thống máy phát dữ liệu vô tuyến dùng công nghệ OFDM cho phát thanh số và truyền dữ liệu

  • Số trang: 74 |
  • Loại file: PDF |
  • Lượt xem: 12 |
  • Lượt tải: 0
nhattuvisu

Đã đăng 26946 tài liệu

Mô tả:

1 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ ----------***---------- TRẦN VĂN TUYÊN XÂY DỰNG HỆ THỐNG MÁY PHÁT DỮ LIỆU VÔ TUYẾN SỬ DỤNG CÔNG NGHỆ OFDM CHO PHÁT THANH SỐ VÀ TRUYỀN DỮ LIỆU LUẬN VĂN THẠC SĨ Hà Nội – 2011 2 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ -----------***---------- TRẦN VĂN TUYÊN XÂY DỰNG HỆ THỐNG MÁY PHÁT DỮ LIỆU VÔ TUYẾN SỬ DỤNG CÔNG NGHỆ OFDM CHO PHÁT THANH SỐ VÀ TRUYỀN DỮ LIỆU Ngành: Công nghệ Điện tử - Viễn thông Chuyên ngành: Kỹ thuật Điện tử Mã số: 60 52 70 LUẬN VĂN THẠC SĨ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS Trương Vũ Bằng Giang Hà Nội – 2011 4 MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU .................................................................................................................. 3 MỤC LỤC ........................................................................................................................ 4 DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT ................................................................................. 7 Chương 1 Mô hình hệ thống OFDM ............................................................................... 10 1.1 Mô hình hệ thống OFDM ...................................................................................... 10 1.2 Các tác vụ cơ bản của hệ thống phát OFDM ......................................................... 11 1.2.1 Điều chế OFDM ở phía phát........................................................................... 12 1.2.2 Điều chế ở băng tần cơ sở............................................................................... 15 1.2.3 Biến đổi Fourier ............................................................................................. 16 1.2.4 Khoảng bảo vệ ............................................................................................... 19 1.3 Kết luận chương .................................................................................................... 21 Chương 2 ng m ph t OFDM t n o m h nh ng M 320C6414-DSP ............ 22 2.1 Mô hình phát triển phần cứng hệ thống OFDM ..................................................... 22 2.2 Kiến trúc, đặc điểm các bo mạch nhúng TMS320C6416 DSP KIT ........................ 23 2.3 Lựa chọn các tham số OFDM tại máy phát ........................................................... 26 2.3.1 Chiều dài IFFT ............................................................................................... 26 2.3.2 Chiều dài chuỗi bảo vệ ................................................................................... 27 2.3.3 Nulllow và Nullhigh ....................................................................................... 27 2.3.4 Cấu trúc khung và khung truyền ..................................................................... 27 2.4 Xây dựng khối phát OFDM ................................................................................... 28 2.4.1 Đặc tả các hàm chức năng của hệ thống ......................................................... 29 2.4.2 Cấu trúc dữ liệu của khối phát ........................................................................ 31 5 2.5 Truyền thông thời gian thực với RTDX ................................................................. 32 2.5.1 Giới thiệu chung về RTDX ............................................................................. 33 2.5.2 Chương trình ứng dụng trên bo mạch ............................................................. 34 2.5.2.1 Nhận dữ liệu ............................................................................................ 34 2.5.2.2 Cấu hình RTDX ...................................................................................... 34 2.5.2.3 Các cấu trúc C làm việc với RTDX ......................................................... 35 2.6 Chương trình ứng dụng trên PC (Host Application) .............................................. 38 2.7 Hệ thống điều phối vào ra Ping – Pong ................................................................. 41 2.7.1 Mô hình vào ra kiểu polling............................................................................ 41 2.6.2 Mô hình vào ra EDMA ................................................................................... 42 2.6.3 Kỹ thuật điều phối vào ra Ping – Pong............................................................ 45 2.6.3.1 Vận chuyển dữ liệu kiểu Ping – Pong ...................................................... 46 2.6.3.2 Kết nối các cấu hình Ping – Pong ............................................................ 46 2.6.3.3 Luồng điều khiển ..................................................................................... 47 2.6.3.4 Điều phối quá trình truyền nhận Ping – Pong tại phía phát ...................... 48 2.7 Thiết kế khối phát vô tuyến ................................................................................... 49 2.7.1 Thiết kế khối phát FM ......................................Error! Bookmark not defined. 2.8 Kết luận chương .................................................................................................... 49 Chương 3 Phương n đồng ộ ho hệ thống ................................................................... 50 3.1 Giới thiệu hàm trung bình hiệu bình phương (MSE) tối thiểu dùng trong đồng bộ 50 3.1.1 Hàm tương quan chéo (cross-correlation) ....................................................... 51 3.1.2 Hàm trung bình hiệu bình phương tối thiểu .................................................... 52 3.2 Đề xuất phương án đồng bộ cho hệ thống ............................................................. 53 3.2.1 Yêu cầu về hàm đồng bộ ................................................................................ 53 6 3.2.1.1 Yêu cầu về thời gian xử lý ....................................................................... 53 3.2.1.2 Yêu cầu về giải thuật ............................................................................... 54 3.2.2 Thực hiện đồng bộ.......................................................................................... 54 3.2.2.1 Đồng bộ theo cách đơn giản .................................................................... 54 3.2.2.2 Đồng bộ tiến hành theo hai bước ............................................................. 55 3.3 Kết luận chương và đánh giá thuật toán đồng bộ ................................................... 58 Chương 4 Kết quả mô phỏng và thử nghiệm thực tế ....................................................... 59 4.1 Kết quả phân tích tốc độ truyền dẫn của hệ thống.................................................. 59 4.2 Kết quả tỷ lệ lỗi bit không mã hóa kênh truyền ..................................................... 60 4.3 Kết quả phân tích tham số thực tế.......................................................................... 61 4.4 Kết quả truyền với các dữ liệu thực tế ................................................................... 64 4.4.1 Truyền nhận với môi trường hữu tuyến .......................................................... 64 4.4.2 Truyền nhận với môi trường vô tuyến ............................................................ 66 4.5 Kết luận chương ................................................................................................ 67 Chương 5 Kết luận chung ............................................................................................... 68 TÀI LIỆU THAM KHẢO............................................................................................... 69 7 DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT A ACF Autocorrelation function AIC Analog Interface Circuit AWGN Additive White Gaussian Noise B BER Bit Error Rate: Hệ số bit lỗi BIOS Basic Input Output System BPSK Binary Phase Shift Keying BS Base Station C CCS Code Compose Studio CP Cyclic Prefix D DFT Discrete Fourier Transform DPSK Differential Amplitude Phase Shift Keying DSP Digital Signal Processor DVB Digital Video Broadcasting E EDMA Enhanced Direct Memory Access F FDM Frequency Division Multiplexing FFT Fast Fourier Transform FM Frequency Modulation FSK Frequency Shift Keying G GI Guard Interval 8 I ICI InterChannel Interference ICI InterCarrier Interference ISI InterSymbol Interference IDFT Inverse Discrete Fourier Transform IEEE Institute of Electrical and Electronic Engneers IFFT Inverse FFT L LAN Local AreaNetwork LMS Least Mean Square M MAC Media Access Control McBSP Multi-Channeled Buffered Serial Ports MMSE Minnimum Mean Square Error MS Mobile Station N NLOS NonLight Of Sight O OFDM Orthogonal Frequency Division Multiplexing P PDF Probability density function P/S Parallel to Serial PM Phase Modulation PSK Phase-Shift Keying Q QAM Quadrature Amplitude Modulation QPSK Quadrature Phase-Shift Keying 9 R RTDX Real Time Data eXchange S SNR Signal to Noise Ratio W WLAN Wireless Local Area Network Wimax Worldwide Interoperability for Microwave Access 10 Chương 1 Mô hình hệ thống OFDM 1.1 Mô hình hệ thống OFDM Kỹ thuật OFDM là một trường hợp đặc biệt của phương pháp điều chế đa sóng mang, trong đó các sóng mang phụ trực giao với nhau, nhờ vậy phổ tính hiệu ở các sóng mang phụ cho phép chồng lấn lên nhau mà phía thu vẫn có thể khôi phục lại tín hiệu ban đầu. Sự chồng lấn phổ tín hiệu làm cho hệ thống OFDM có hiệu suất sử dụng phổ lớn hơn nhiều so với kỹ thuật điều chế thông thường.. Hệ thống OFDM là hệ thống phức tạp, yêu cầu cao về phần cứng xử lý. Tuy nhiên, với việc đưa hàm IFFT vào hệ thống để tạo ra các sóng mang con trực giao đã làm yêu cầu phần cứng giảm đi rất nhiều. Sơ đồ khối tổng quát của một hệ thống thu phát OFDM như sau: Bit In {ai,n} Điều chế băng tần cơ sở {dk,n} Chèn Pilot Chèn chuỗi bảo vệ m(lta) m’(lta) IFFT {d’k,n} Biến đổi số/ tương tự m(t) Kênh vô tuyến Khôi phục kênh truyền Tách mẫu tín hiệu dẫn đường AWGN n(t) {Hi,n} Bit out {ai,n} Giải điều chế băng tần cơ sở {dk,n} u’(lta) U(lta) u(t) {d’k,n} Cân bằng kênh FFT Tách chỗi bảo vệ Đồng bộ Biến đổi tương tự/ số Hình 1.1 Sơ đồ khối hệ thống OFDM Nguồn bit được điều chế ở băng tần cơ sở thông qua các phương pháp điều chế như PSK, M-QAM. Tín hiệu dẫn đường được chèn vào mẫu tín hiệu, sau đó được điều chế thành tín hiệu OFDM thông qua bộ biến đổi IFFT và chèn chuỗi bảo vệ. Luồng tín hiệu số sẽ chuyển thành luồng tín hiệu tương tự qua bộ chuyển đổi số-tương tự trước khi truyền 11 trên kênh vô tuyến qua anten phát. Tín hiệu truyền qua kênh vô tuyến bị ảnh hưởng bởi nhiễu pha đinh và nhiễu trắng. Tín hiệu dẫn đường là tín hiệu biết trước ở cả phía phát và phía thu, và được phát cùng với tính hiệu có ích với nhiều mục đích khác nhau như việc khôi phục kênh truyền và đồng bộ hệ thống. Máy thu thực hiện các chức năng ngược lại như đã thực hiện ở máy phát. Sau khi nhận được dòng khung OFDM từ phía phát gửi tới, phía thu sẽ thực hiện đồng bộ để thu được chính xác khung OFDM đã gửi. Sau đó sẽ tới công đoạn loại bỏ chuỗi bảo vệ rồi thực hiện FFT kết quả thu được. Tuy nhiên, do ảnh hưởng của nhiễu nên kênh truyền lúc này sẽ bị thay đổi và tín hiệu nhận được sẽ bị biến dạng. Do vậy để khôi phục được tín hiệu phát thì hàm truyền của kênh vô tuyến cũng phải được khôi phục. Việc thực hiện khôi phục hàm truyền của kênh vô tuyến được thực hiện thông qua mẫu tin dẫn đường nhận được ở phía thu. Tín hiệu nhận được sau khi giải điều chế OFDM được chia thành hai luồng tín hiệu. Luồng tín hiệu thứ nhất là luồng tín hiệu có ích được đưa đến bộ cân bằng kênh. Luồng tín hiệu thứ hai là mẫu tin dẫn đường được đưa vào bộ khôi phục kênh truyền. Kênh truyền sau khi được khôi phục cũng sẽ được đưa vào bộ cân bằng kênh để khôi phục lại tín hiệu ban đầu. Tín hiệu sau khi được khôi phục là dòng tín hiệu QAM. Bởi vậy, tiếp tục giải điều chế QAM ở băng tần cơ sở để thu được dòng bit đã truyền đi ban đầu 1.2 Các tác vụ cơ bản của hệ thống phát OFDM Sau khi đã phân tích và nghiên cứu chi tiết hệ thống thu phát OFDM, việc tiến hành thực hiện xây dựng khối phát OFDM sẽ thông qua việc hoàn thiện các bước sau đây: Hình 1.2 Sơ đồi khối hệ thống phát OFDM 12 Do vậy, quy trình thực hiện các tác vụ chính trong bài toán xây dựng hệ thống phát sẽ thông qua đồ hình sau: Hình 1.3 Các tác vụ cơ bản của hệ thống phát OFDM 1.2.1 Điều chế OFDM ở phía phát Gọi dòng bit trên mỗi luồng song song là { tín hiệu phức đa mức { gian tương ứng với }sau khi qua bộ điều chế QAM thành }. Trong đó n là chỉ số sóng mang phụ, là chỉ số của khe thời mẫu tín hiệu phức. Sau khi nhân với xung cơ sở, được dịch tần và qua bộ tổng thì cuối cùng, tín hiệu ở vị trí thứ 3 được biểu diễn như sau [3]: (1.1) Khi biến đổi luồng tín hiệu trên thành số, luồng tín hiệu trên được lấy mẫu với tần số : (1.2) Trong đó B là toàn bộ băng tần của hệ thống . Tại thời điểm lấy mẫu (Xung cơ sở là xung vuông). và 13 Do đó được viết lại thành: (1.3) Tín hiệu OFDM trên trùng hợp với phép biến đổi IDFT. Do vậy bộ điều chế OFDM có thể thực hiện dễ dàng bằng phép biến đổi IDFT. Trong trường hợp N FFT là luỹ thừa của 2, phép biến đổi IDFT được thay bằng phương pháp IFFT. Với phép biến đổi IFFT, thực hiện dễ dàng nhờ ứng dụng các vi điều khiển chuyên dụng xử lý số như các dòng DSP. Ưu điểm của phương pháp điều chế trực giao OFDM không chỉ là sự hiệu quả về mặt sử dụng băng tần mà còn khả năng loại trừ được nhiễu liên tín hiệu ISI thông qua sử dụng chuỗi bảo vệ. Do vậy, tín hiệu OFDM trước khi phát đi phải chèn thêm chuỗi bảo vệ để chống nhiễu xuyên tín hiệu. Hệ thống OFDM là hệ thống sử dụng nguyên lý ghép kênh phân chia theo tần số trực giao, hoạt động trên nguyên lý phát dữ kiệu bằng cách phân chia luồng dữ liệu thành nhiều luồng song song có tốc độ bit thấp hơn nhiều và sử dụng các luồng con này để điều chế sóng mang với nhiều sóng mang con có tần số khác nhau. Cũng giống như hệ thống đa sóng mang thông thường, hệ thống OFDM phân chia giải tần công tác thành các băng tần khác nhau cho điều chế, đặc biệt tần số trung tâm của các băng tần con này trực giao với nhau về mặt toán học. Điều này cho phép phổ tần của các băng con chèn lấn nhau, do đó tăng hiệu quả sử dụng phổ tần mà không gây nhiễu[1]. Dưới đây là những nguyên lý chủ yếu của kỹ thuật OFDM. Ngu n lý t giao Về mặt toán học, xét tập các tín hiệu ψ với ψp là phần tử thứ p của tập, điều kiện để các tín hiệu trong tập trực giao đôi một với nhau là: (1.4) Trong đó ψ*q(t) là liên hợp phức của ψq(t). Khoảng thời gian từ a đến b là chu kỳ của tín hiệu, còn k là một hằng số. 14 Hình 1.4 Hệ thống OFDM với nguyên lý trực giao Dựa vào tính trực giao, phổ của tín hiệu của các sóng mang phụ cho phép chồng lấn lên nhau. Sự chồng lấn phổ tín hiệu này làm hiệu suất sử dụng phổ của toàn bộ băng tần tăng lên đáng kể. Sự trực giao của các sóng mang phụ được thực hiện như sau: phổ của sóng mang phụ thứ p được dịch vào một kênh con thứ p thông qua phép nhân với hàm phức trong đó là khoảng cách tần số giữa hai sóng mang. Thông qua phép nhân với số phức này mà các sóng mang phụ trực giao với nhau. (1.5) Ở phương trình trên nhận thấy hai sóng mang phụ p và q trực giao với nhau do tích phân của một sóng mang với liên hợp phức của sóng mang còn lại bằng 0 nếu chúng là hai sóng mang khác biệt. Trong trường hợp tích phân với chính nó sẽ cho kết quả là một hằng số. Sự trực giao này là nguyên tắc để thực hiện giải điều chế OFDM. Hình 1.5 So sánh hai phương pháp điều chế FDM và OFDM 15 Hình 1.3 Minh họa khả năng tiêt kiệm băng thông của hệ thống OFDM so với các hệ thống điều chế đa sóng mang khác. 1.2.2 Điều chế ở băng tần cơ sở Tín hiệu truyền từ nguồn tới đích dưới dạng sóng điện từ, ở tần số thấp (băng tần cơ sở), tín hiệu không thể bức xạ đi xa và dể bị tác động bởi nhiễu. Còn ở tần số cao (băng thông) thông tin có thể bức xạ đi xa và ít bị tác động bởi nhiễu do vậy trước khi truyền tín hiệu cần phải được đưa lên tần số cao đó là quá trình điều chế, quá trình ngược lại máy thu khôi phục tín hiệu ở băng thông thành tín hiệu ở băng tần cơ sở là quá trình giải điều chế. Bởi vậy, dòng tín hiệu trước khi được đưa tới khối IFFT để gắn vào các sóng mang con trực giao phải được điều chế ở băng tần cơ sở. Ở đây, có thể chọn các phương án điều chế như QPSK, 16QAM, 64QAM hoặc 256QAM. Điểm khác nhau giữa các phương pháp điều chế này ở chỗ số lượng bit được sử dụng để mã hóa các ký hiệu trong chòm sao. Với 16QAM, mỗi ký hiệu được mã hóa bởi 4 bit, 256QAM thì mỗi ký hiệu được mã hóa bởi 8 bit. Khi số bit mã hóa tăng lên thì làm tốc độ của dòng tín hiệu tăng lên nhưng kéo theo nó là tỷ lệ bit lỗi (BER) sẽ tăng lên. Bởi vậy trong hệ thống cần phải cân nhắc các yếu tố này khi chọn phương pháp điều chế ở băng tần cơ sở. Hình 1.6 Quan hệ giữa tốc độ ký hiệu và tốc độ bit Mỗi một ký hiệu b bit trong một khung sẽ được đưa vào bộ ánh xạ, mục đích là để nâng cao dung lượng kênh truyền. Một ký hiệu b bit sẽ tương ứng một trong trạng thái hay một vị trí trong giản đồ chòm sao. 16  BPSK sử dụng 1 ký hiệu có 1 bit 0 hoặc 1 sẽ xác định trạng thái pha hoặc , tốc độ Baud hay tốc độ ký hiệu sẽ bằng với tốc độ bit.  QPSK sử dụng 1 ký hiệu 2 bit (Dibit)  8-PSK hay 8-QAM sử dụng 1 ký hiệu 3 bit (Tribit)  16-PSK hay 16-QAM sử dụng 1 ký hiệu 4 bit (Quabit) Hình 1.7 Vị trí các ký hiệu trong chòm sao ứng với 16QAM Số bit được truyền trong một ký hiệu tăng lên (M tăng lên), thì hiệu quả băng thông tăng lên, tuy nhiên sai số BER cũng sẽ tăng lên. (1.6) Nyquist đã đưa ra công thức dung lượng kênh tối đa trong môi trường không nhiễu: (1.7) Với là băng thông của kênh truyền. Do đó, không thể tăng M lên tuỳ ý được, công thức trên cho phép xác định M lớn nhất, số bit lớn nhất có thể truyền trong một ký tự. Một số phương thức điều chế số thường dùng trong bộ ánh xạ:  M-PSK  M-DPSK  M-QAM 1.2.3 Biến đổi Fourier Phép biến đổi IDFT cho phép tạo tín hiệu OFDM dễ dàng, tức là điều chế N luồng tín hiệu song song lên N tần số trực giao một cách chính xác và đơn giản. Phép biến đổi 17 DFT cho phép giải điều chế lấy lại thông tin từ tín hiệu OFDM. Nhờ sử dụng phép biến đổi IDFT và DFT mà tinh giản được bộ tổng hợp tần số phức tạp ở phía phát và phía thu. Nếu không sử dụng IDFT và DFT bộ tổng hợp tần số phải tạo ra một tập tần số cách đều nhau chính xác và đồng pha, nhằm tạo ra tập tần số trực giao tối ưu. Biến đổi Fou ie ời (DFT) Phép biến đổi Fourier rời rạc DFT sẽ phân tích tín hiệu thành những thành phần sóng sin có khoảng cách đều nhau trong khoảng tần số. Biến đổi DFT phức có thể được xem như là cách xác định biên độ và pha của những thành phần sóng sin và cosin cấu thành nên tín hiệu phân tích. (1.8) Với chứa N giá trị biên độ của các thành phần tần số, mảng chứa N mẫu của tín hiệu miền thời gian. biểu thị tần số của sóng sin/cosin ứng với thay đổi giữa 0 và tổng số mẫu miền thời gian. định nghĩa số chu kỳ sóng sin/cosin hoàn chỉnh xảy ra qua N điểm tín hiệu miền thời gian được lưu trữ trong mảng x[n]. Công thức (1.8) định nghĩa biến đổi Fourier phức nên cả hai mảng miền thời gian và miền tần số đều lưu trữ những giá trị phức. Mảng bao gồm cả tần số dương và âm, trong đó chỉ số biểu thị cho tần số dương và biểu thị cho tần số âm. Điều cuối cùng cần chú ý đối với DFT là khoảng cách tần số giữa mỗi mẫu trong miền tần số (thường gọi là độ phân giải) phụ thuộc vào tần số lấy mẫu fs và chiều dài N của bộ biến đổi FFT: (1.9) 18 Phép iến đổi ngượ Fou ie ời (IDFT) Ngược lại phép biến đổi ngược Fourier rời rạc IDFT sẽ tổng hợp tất cả các sóng sin và cos có biên độ lưu trữ trong mảng để tái tạo trở lại tín hiệu phát miền thời gian: (1.10) Với là mảng số phức, Thế vào phương trình trên: (1.11) Vậy (1.12) Trong công thức trên nếu thay bằng và đem ra ngoài phép tính thì sẽ rút ra được kết luận sau:  Mỗi giá trị của phần thực trong miền tần số góp 1 phần để tạo ra tín hiệu miền  thời gian: phần thực là sóng cos, phần ảo là sóng sin.  Mỗi giá trị của phần ảo trong miền tần số cũng góp một phần vào tín hiệu miền thời gian: phần thực là sóng sin, phần ảo là sóng cos. Nói cách khác, mỗi giá trị miền tần số đều tạo ra cả tín hiệu sin thực và tín hiệu sin ảo trong miền thời gian. Cộng tất cả các tín hiệu sin đó lại với nhau sẽ tái tạo lại được tín hiệu phát. Vậy dạng sóng cos và sin trong phuông trình trên có thể được hiểu như là những tín hiệu thực được phát ra bởi các mạch vật lý. Phép iến đổi Fou ie nhanh Việc tính toán DFT một cách trực tiếp trong trường hợp N lớn sẽ tiêu tốn rất nhiều thời gian. Thời gian tính toán cần thiết tăng theo . Tuy nhiên nếu ta sử dụng số sóng mang N là lũy thừa của 2 thì có cách tính hiệu quả hơn nhiều là FFT 19 1.2.4 Khoảng bảo vệ Tốc độ kí tự của tín hiệu OFDM thấp hơn nhiều so với được truyền đơn sóng mang. Thí dụ điều chế đơn sóng mang BPSK, tốc độ kí tự tương ứng với tốc độ bit truyền. Tuy nhiên đối với kỹ thuật OFDM, luồng dữ liệu ở ngõ vào được chia thành N luồng dữ liệu song song để phát đi, kết quả là tốc độ kí tự OFDM giảm N lần so với tốc độ truyền đơn sóng mang, do đó nó đã làm giảm được nhiễu liên kí tự ISI bị gây ra bởi truyền đa đường. Hiệu ứng ISI trên tín hiệu OFDM có thể loại bỏ hoàn toàn bằng cách cộng thêm khoảng bảo vệ trước mỗi kí tự. Khoảng bảo vệ này được chọn sao cho lớn hơn giá trị trải trễ cực đại trong môi trường để cho các thành phần đa đường của kí tự trước không thể giao thoa với kí tự hiện tại. Khoảng bảo vệ có thể là khoảng trống (không có tín hiệu gì cả). Tuy nhiên, nếu sử dụng khoảng trống cho khoảng bảo vệ thì sẽ gây ra nhiễu liên sóng mang ICI, vì khi đó các sóng mang con nhận được ở máy thu không còn trực giao nữa. Điều này xảy ra do các thành phần đa đường của kí tự khi nhận được ở máy thu sẽ không có số nguyên lần chu kì trong thời khoảng FFT. Để loại bỏ nhiễu ICI thì kí tự OFDM phải được mở rộng chu kì trong khoảng bảo vệ để đảm bảo rằng các thành phần đa đường của kí tự luôn có số nguyên lần chu kì trong thời khoang FFT. Do được mở rộng chu kì nên khoảng bảo vệ còn được gọi là tiền tố lặp. Khoảng bảo vệ được tạo ra bằng cách sao chép một số mẫu phía cuối của mỗi kí tự OFDM và đưa lên đầu kí tự [3]. Hình 1.8 Ký tự OFDM với khoảng bảo vệ nhằm chống nhiễu ISI 20 Chiều dài tổng của kí tự là dài khoảng bảo vệ, với là tổng chiều dài của kí tự, là chiều là kích thước của IFFT được sử dụng để phát tín hiệu OFDM. Hình 1.9 Ảnh hưởng của hiệu ứng đa đường khi chèn mẫu ký tự không vào khoảng bảo vệ Hình 1.10 Ký tự OFDM với Tiền tố lặp Như trên hình 1.8 thấy rằng nếu trải trễ nhỏ hơn khoảng bảo vệ sẽ không có hiện tượng giao thoa giữa kí tự trước và kí tự hiện tại, do đó sẽ không gây ra ISI và ICI. Tuy nhiên do tín hiệu nhận được tại máy thu là tổng của nhiều thành phần đa đường nên sẽ 21 gây ra sự dịch pha cho các sóng mang. Việc ước lượng kênh của máy thu sẽ khắc phục sự dịch pha này. Hình 1.11 Tín hiệu thu bị dịch pha do ảnh hưởng bởi phading đa đường Trong khoảng thời gian bảo vệ, máy thu bỏ qua tất cả các tín hiệu, như vậy có nghĩa là khoảng bảo vệ là khoảng vô ích, nó không mang dữ liệu có ích. Lựa chọn khoảng bảo vệ liên quan đến thời gian trễ của echo, đồng thời cũng liên quan mật thiết đến số lượng sóng mang. Trong thực tế khoảng thời gian bảo vệ được tạo ra bằng cách lặp lại một tỷ lệ của dòng bit tích cực tro.ng chu kỳ trước đó, khoảng bảo vệ được chọn dựa vào khoảng thời gian tích cực của symbol, có thể là 1/4, 1/8, 1/16, 1/32 thời gian symbol tích cực. Thât ra ý tưởng của phương pháp này có từ giữa những năm 1980. Nhưng do lúc đó còn hạn chế về mặt công nghệ (khó tạo ra các bộ điều chế và giải điều chế đa song mang giá thành thấp theo biến đổi IFFT nên cho tới nay dựa trên những thành tựu của công nghệ mạch tích hợp, phương pháp này mới được đưa vào thực tiễn. 1.3 Kết luận chương Việc nghiên cứu chi tiết cấu trúc cụ thể của hệ thống thu phát OFDM, cho phép xác định được các vấn đề cơ bản phát sinh trong quá trình thiết kế hệ thống phát. Những vấn đề đưa ra trong chương này là những bài toán quan trọng nhất trong hệ thống phát OFDM, nghiên cứu lý thuyết giúp ta có bước nhìn tổng quan cho bài toán thiết kế được đặt ra ở chương sau.
- Xem thêm -