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 -
.PDF 
74 
124 
98 
