TÌM HIỂU MỘT SỐ CƠ CHẾ THÍCH NGHI SỬ DỤNG TRONG HỆ THỐNG OFDM

Tài liệu tham khảo công nghệ thông tin ngành viễn thôngTÌM HIỂU MỘT SỐ CƠ CHẾ THÍCH NGHI SỬ DỤNG TRONG HỆ THỐNG OFDM

Lớp: 03-ĐT2Khoá: 2003 – 2008

Ngành: Điện tử – Viễn thông

TÊN ĐỀ TÀI: "TÌM HIỂU MỘT SỐ CƠ CHẾ THÍCH NGHI SỬ DỤNG

TRONG HỆ THỐNG OFDM"

NỘI DUNG ĐỒ ÁN :Gồm 5 chương

Chương 1: Một số đặc tính kênh truyền sử dụng trong kĩ thuật OFDMChương 2: Kĩ thuật OFDM

Chương 3: Ước tính chất lượng kênh và cân bằng kênh

Chương 4: Một số cơ chế thích nghi sử dụng trong hệ thống OFDMChương 5: Chương trình mô phỏng

Ngày giao đề tài: Ngày nộp đồ án:

Đà Nẵng, ngày tháng năm 2008

tình cho em trong suốt thời gian làm đồ án Xin gửi lời cảm ơn đến các thầy cô trongkhoa DT-VT đã dạy dỗ, cung cấp kiến thức và giúp đỡ động viên để em có thể hoànthành được đồ án này.

Xin cảm ơn những người thân trong gia đình tôi, cảm ơn những người bạn thân thiếtđã giúp đỡ tôi trong những lúc khó khăn nhất.

cứ đồ án hay công trình đã có từ trước Nếu sai với những gì đã cam đoan tôi xinhoàn toàn chịu trách nhiệm.

Tác giả đồ án: Phạm Thị Văn HươngLớp: 03DT2

Trường: Đại Học Bách Khoa Đà NẵngĐà Nẵng, ngày….tháng….năm 2008

Chữ kí

CHƯƠNG 2: KĨ THUẬT OFDM 4

2.1 GIỚI THIỆU CHƯƠNG 4

2.2 NGUYÊN TẮC CỦA OFDM 4

2.3 TÍNH TRỰC GIAO 5

2.3.1 Tính trực giao trong miền tần số 8

2.4 ỨNG DỤNG KĨ THUẬT IFFT/FFT TRONG KĨ THUẬT OFDM 9

2.5 HỆ THỐNG OFDM 12

2.6 ĐIỀU CHẾ SÓNG MANG CON 13

2.7 ĐIỀU CHẾ SÓNG MANG CAO TẦN 14

2.8 TIỀN TỐ LẶP CP(CYCLIC PREFIX) 15

2.9 CÁC THÔNG SỐ ĐẶC TRƯNG TRONG HỆ THỐNG TRUYỀN DẪN OFDM 17

2.9.1 Cấu trúc tín hiệu OFDM 17

2.9.2 Các thông số trong miền thời gian 18

2.9.3 Các thông số trong miền tần số 18

2.10 THÔNG LƯỢNG KÊNH 19

2.11 ƯU ĐIỂM VÀ HẠN CHẾ CỦA KĨ THUẬT OFDM 20

CHƯƠNG 3: ƯỚC TÍNH CHẤT LƯỢNG KÊNH VÀ CÂN BẰNG KÊNH.22

3.1 GIỚI THIỆU CHƯƠNG 22

3.2 KHÁI NIỆM 22

3.3 ƯỚC LƯỢNG KÊNH TRONG MIỀN TẦN SỐ 23

3.4 ƯỚC LƯỢNG KÊNH TRONG MIỀN THỜI GIAN 24

4.1 GIỚI THIỆU CHƯƠNG 31

4.2 LƯU ĐỒ THUẬT TOÁN 32

4.3 KIẾN TRÚC CỦA NHỮNG HỆ THỐNG ĐIỀU CHẾ THÍCH NGHI 32

4.4 CHU TRÌNH HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG AOFDM 33

4.4.1 Ước lượng chất lượng kênh 33

4.4.2 Chọn các tham số cho quá trình phát tiếp theo 33

4.4.3 Báo hiệu hay tách sóng mù các tham số được sử dụng 33

4.5 MỘT SỐ CƠ CHẾ THÍCH NGHI ĐƯỢC SỬ DỤNG TRONG HỆ THỐNG OFDM 34

4.5.1 Thích nghi theo SNR phát trên mỗi sóng mang 34

4.5.2 Thích nghi theo cơ chế chuyển mức điều chế 35

4.5.3 Thích nghi theo cơ chế chọn lọc sóng mang 37

4.6 MÔ HÌNH THUẬT TOÁN THEO CƠ CHẾ CHỌN LỌC SÓNG MANG394.7 KẾT LUẬN CHƯƠNG 43

CHƯƠNG 5: CHƯƠNG TRÌNH MÔ PHỎNG 44

5.3 THIẾT LẬP CÁC THÔNG SỐ MÔ HÌNH MÔ PHỎNG 46

5.4 CHƯƠNG TRÌNH MÔ PHỎNG 55

5.4.1 Giao diện chương trình mô phỏng 55

5.4.2 Các kết quả mô phỏng và đánh giá hiệu năng 56

5.4.2.1 Kết quả mô phỏng không dùng cơ chế thích nghi 56

5.4.2.2 Kết quả mô phỏng dùng cơ chế thích nghi mức điều chế 57

5.4.2.3 Kết quả mô phỏng dùng cơ chế thích nghi chọn lọc sóng mang 59

5.4.2.4 Kết quả mô phỏng dùng kết hợp hai cơ chế thích nghi chuyển mức điều chế và chọn lọc sóng mang 61

5.5 ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG CỦA CÁC CƠ CHẾ THÍCH NGHI 63

5.6 KẾT LUẬN CHƯƠNG 72

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 73

AWGN Additive White Gaussian Noise Nhiễu Gauss trắng cộngBER Bit Error Rate Tỷ số lỗi bit

BPS Bit per symbol Số bit trên một ký hiệuBPSK Binary Phase Shift Keying Điều chế pha nhị phânCCI Co-channel interference Nhiễu đồng kênh

CINR Carrier to interference plus noise ratio Tỷ số sóng mang trên nhiễu và giao thoaCIR Channel impulse response Đáp ứng xung kênh

DAB Digital Audio Broadcast system Hệ thống phát thanh sốDFT Discrete Fourier Transform Biến đổi Fourier rời rạc

DSP Digital Signal Processing Xử lí tín hiệu số

DVB Digital Video Broadcast Mạng quảng bá truyền hình sốFFT Fast Fourier Transform Biến đổi Fourier nhanh

FIR Finite Impulse Response Đáp ứng xung hữu hạnHDTV Hight Definition Television Truyền hình độ phân giải cao

ICI Inter-Carrier Interference Nhiễu giao thoa giữa các sóng mangIFFT Inverse Fast Fourier Trasform Biến đổi Fourier ngược nhanhISI Inter Symbol Interference Nhiễu giao thoa liên kí tự

MMSE Maximum Mean Square Error Estimation Ước tính lỗi bình phương tối thiểu cực đại

OFDM Orthogonal Frequency Division Multiplexing Ghép kênh phân chia theo tần số trực giao

PAPR Peak to Average Power Ratio Tỷ số công suất đỉnh trên công suất trung bình

PSD Power Spectrum Density Mật độ phổ công suất

PSAM Pilot Symbol Assisted Modulation Điều chế được hỗ trợ bởi ký hiệu hoa tiêuQAM Quadrature Amplitude Modualtion Điều chế biên độ cầu phương

QoS Quality of Service Chất lượng dịch vụ

RC Rised Cosin Khoảng bảo vệ cosin tăng

những yêu cầu cao hơn về số lượng cũng như chất lượng dịch vụ Trước yêu cầu này,nhiều nghiên cứu đã được thực hiện nhằm để tăng dung lượng truyền dẫn và nâng caochất lượng truyền dẫn trong các hệ thống thông tin di động Một trong những nghiêncứu đó, các giải thuật thích nghi đã ra đời và áp dụng thành công ở hầu hết các kĩthuật đa truy cập nói chung.

Trong những năm gần đây, kĩ thuật ghép kênh phân chia theo tần số trực giaoOFDM được xem như một bài toán nhằm giải quyết vấn đề fading chọn lọc tần số,nhiễu băng hẹp và tiết kiệm phổ tần Theo nguyên lý cơ bản của OFDM là chia dòngdữ liệu tốc độ cao thành các dòng dữ liệu tốc độ thấp hơn và phát trên các sóng mangcon Có thể thấy rằng, trong một số điều kiện cụ thể ta có thể tăng dung lượng OFDMbằng cách làm thay đổi tốc độ dữ liệu trên mỗi sóng mang tùy theo tỉ số tín hiệu trênnhiễu SNR của từng sóng mang Trên cơ sở đó, đồ án đã đưa ra một số giải pháp cụthể nhằm nâng cao dung lượng hệ thống cũng như chất lượng truyền dẫn tín hiệu là:thích nghi theo SNR phát trên mỗi sóng mang con; thích nghi theo mức điều chế; vàthích nghi theo cơ chế chọn lọc sóng mang.

Trên định hướng đó, đồ án được chia thành năm chương như sau:

Chương 1: Một số đặc tính kênh truyền trong kĩ thuật OFDM

Chương một sẽ trình bày một số đặc tính về kênh như hiện tượng trải trễ, cácloại Fading, tạp âm Gauss trắng, hiện tượng Doppler ảnh hưởng đến quá trình truyềndẫn tín hiệu trong hệ thống OFDM.

Chương 2: Kĩ thuật OFDM

Trong chương này đã trình bày một số vấn đề cơ bản của kĩ thuật OFDM nhưtính trực giao, phương pháp biến đổi IFFT/FFT đồng thời tìm hiểu các thành phầncủa hệ thống OFDM và dung lượng kênh truyền.

trình bày một số phương pháp đối phó với những bất lợi của kênh truyền vô tuyến diđộng như sử dụng bộ cân bằng: ZF, LMSE, đồng thời phân tích vai trò của việc ướclượng kênh Qua đó, đưa ra giải pháp ước lượng trong miền tần số và miền thời gian

Chương 4: Kĩ thuật OFDM thích nghi

Trình bày nguyên lý điều chế thích nghi, vai trò của điều chế thích nghi, xâydựng giải thuật thuật thích nghi cho truyền dẫn OFDM thích nghi trong thông tin vôtuyến, phân tích ưu nhược điểm của từng cơ chế thích nghi, trên cơ sở đó lựa chọnhai cơ chế thích nghi: thích nghi theo mức điều chế (AQAM) và thích nghi chọn lọcsóng mang Trình bày mô hình giải thuật và lưu đồ thuật toán thích nghi cho cơ chếthích nghi chọn lọc sóng mang

Chương 5: Chương trình mô phỏng

Tiến hành so sánh các giải thuật điều chế trong trường hợp không thực hiệnđiều chế thích nghi và tiến hành thực hiện các cơ chế thích nghi theo kiểu chuyểnmức điều chế, chọn lọc sóng mang Sau đó sẽ tiến hành xem xét hiệu năng BER vàthông lượng của hệ thống trong từng trường hợp thực hiên các giải thuật thích nghi.

Được sự quan tâm giúp đỡ tận tình của thầy giáo TS Nguyễn Văn Cường,cùng với những góp ý quí báu của các thầy cô trong khoa ĐT-VT bản thân em đã cốgắng hoàn thành đồ án với nội dung và mức độ nhất định Do khả năng về kiến thứccũng như thời gian có hạn, nên những thiếu sót là điều khó tránh khỏi, kính mong cácthầy cô cùng các bạn góp ý để đồ án được hoàn thiện.

Xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Văn Cường cùng các thầy cô trong khoa ĐT-VTđã giúp đỡ để em hoàn thành đồ án này.

Đà Nẵng, ngày tháng 06 năm 2008

Nếu thỏa mãn điều kiện fTs 1, (f T1s), thì các sóng mang sẽ trực giao vớinhau, lúc này, phương trình (2.6) được viết lại :

= 

Ở đây, hàm (m k)là hàm delta, được định nghĩa là :

Nhận xét : Với các đặc điểm như trên, ta nhận thấy kỹ thuật OFDM có những khác

biệt cơ bản với kỹ thuật FDM cổ điển là :

1)Mỗi sóng mang có một tần số khác nhau Những tần số này được chọn saocho nó thỏa mãn điều kiện trực giao từng đôi một trong khoảng [0,Ts] Tức là, phảithỏa mãn công thức sau :

Phổ của các sóng mang phụ trong OFDM chồng chập lên nhau nên kỹ thuật OFDMmang lại một hiệu suất sử dụng băng thông khá cao Khoảng cách giữa các sóngmang bằng nghịch đảo chu kỳ của một tín hiệu OFDM (∆f = 1/Ts) Hình 2.4 cũngchỉ rõ tại tần số trung tâm của mỗi sóng mang phụ không có nhiễu xuyên kênh từnhững kênh khác Điều này sẽ giúp chúng ta khôi phục được dữ liệu phát mà khôngcó nhiễu xuyên kênh tại bộ thu Trong OFDM, yêu cầu về điều kiện trực giao giữa

các sóng mang là rất quan trọng, để thỏa mãn điều kiện này thì đòi hỏi về sự đồngbộ trong hệ thống.

2) Bộ IFFT/FFT tại máy phát và máy thu đóng vai trò then chốt trong kỹthuật OFDM được sử dụng trong thực tế Nó làm giảm độ phức tạp, giá thành củahệ thống, đồng thời tăng độ chính xác.

3) Khi yêu cầu truyền đi X(k) dưới dạng phức để thể hiện mức điều chếQAM khác nhau trên các sóng mang khác nhau (hay số bit truyền đi trên các kênhtruyền phụ là khác nhau), có thể sử dụng bộ 2N-IFFT/FFT Tín hiệu vào bộ 2N-IFFT/FFT là chuỗi tín hiệu thực có độ dài 2N, thay thế cho chuỗi tín hiệu phức cóđộ dài N Nguyên tắc tạo ra chuỗi tín hiệu X’(k) có độ dài 2N thay thế cho chuỗi tínhiệu phức X(k) có độ dài N là :

Và XX''((0N)) Re(Im(XX((00))

Hình 2.4 Phổ của tín hiệu OFDM

2.5 Hệ thống OFDM

Hình 2.5 Sơ đồ hệ thống OFDM

Ban đầu, dòng dữ liệu đầu vào với tốc độ cao được chia thành nhiều dòng dữ liệusong song tốc độ thấp hơn nhờ bộ chuyển đổi nối tiếp-song song Mỗi dòng dữ liệusong song sau đó được điều chế sóng mang cao Sau đó được đưa đến đầu vào củakhối IFFT Sau đó khoảng bảo vệ được chèn vào để giảm nhiễu xuyên ký tự (ISI),nhiễu xuyên kênh (ICI) do truyền trên các kênh vô tuyến di động đa đường và tiếnhành chèn từ đồng bộ khung Cuối cùng thực hiện điều chế cao tần, khuếch đại côngsuất và phát đi từ anten.

Trong quá trình truyền, trên các kênh sẽ có các nguồn nhiễu tác động đếnnhư nhiễu Gausian trắng cộng (Additive White Gaussian Noise-AWGN)

Ở phía thu, tín hiệu thu được chuyển xuống tần số thấp và tín hiệu rời rạcnhận được sau bộ D/A thu Khoảng bảo vệ được loại bỏ và các mẫu được chuyểnđổi từ miền thời gian sang miền tần số bằng phép biến đổi FFT dùng thuật toán FFT(khối FFT) Sau đó, tùy vào sơ đồ điều chế được sử dụng, sự dịch chuyển về biênđộ và pha của các sóng mang con sẽ được sắp xếp ngược trở lại và được giải mã.

Cuối cùng, chúng ta nhận lại được dòng dữ liệu nối tiếp ban đầu sau khi chuyển từsong song về nối tiếp.

2.6 Điều chế sóng mang con

Sau khi đã được mã hóa và xen rẽ, các dòng bit trên các nhánh sẽ được điềuchế BPSK, QPSK, 16-QAM, hoặc 64-QAM Dòng bit trên mỗi nhánh được sắp xếpthành các nhóm có Nbs (1, 2, 4, 6) bit khác nhau tương ứng với các phương phápđiều chế BPSK, QPSK, 16-QAM, 64-QAM Hay nói cách khác dạng điều chế đượcquy định bởi số bit ở ngõ vào và cặp giá trị (I, Q) ở ngõ ra

Chẳng hạn : khi ta sử dụng phương pháp điều chế 64-QAM thì sẽ có 6 bitđầu vào được tổ chức thành một nhóm tương ứng cho một số phức trên đồ thị hìnhsao đặc trưng cho kiểu điều chế 64-QAM (64-QAM constellation) Trong 6 bit thì 3bit LSB (b0 b1 b2) sẽ biểu thị cho giá trị của I, còn 3 bit MSB (b3 b4 b5) biểu thị chogiá trị của Q

Bảng 2.1 Các giá trị trong mã hóa 64-QAM

2.7 Điều chế sóng mang cao tần

Đầu ra của bộ điều chế OFDM là một tín hiệu băng tần cơ sở, tín hiệu nàyđược trộn nâng tần lên tần số truyền dẫn vô tuyến Có thể sử dụng một trong hai kỹthuật điều chế sóng mang cao tần là: "tương tự" được cho ở hình (2.6) và "số" đượccho ở hình (2.7) Tuy nhiên hiệu năng của điều chế số sẽ tốt hơn, do đồng bộ phachính xác cho nên sẽ cải thiện quá trình ghép các kênh I và Q.

2.8 Tiền tố lặp CP(Cyclic Prefix)

Tiền tố lặp (CP) là một kỹ thuật xử lý tín hiệu trong OFDM nhằm hạn chếđến mức thấp nhất ảnh hưởng của nhiễu xuyên kênh (ICI), nhiễu xuyên ký tự (ISI)đến tín hiệu OFDM, đảm bảo yêu cầu về tính trực giao của các sóng mang phụ Đểthực hiện kỹ thuật này, trong quá trình xử lý tín hiệu, tín hiệu OFDM được lặp lại

Hình 2.6 Điều chế cao tần tín hiệu OFDM băng tần cơ sở phức sử dụng kỹ thuật tương tự

Hình 2.7 Điều chế cao tần tín hiệu OFDM băng tần cơ sở phức sử dụng kỹ thuật số

có chu kỳ và phần lặp lại ở phía trước mỗi ký tự OFDM được sử dụng như là mộtkhoảng thời gian bảo vệ giữa các ký tự phát kề nhau.Vậy sau khi chèn thêm khoảngbảo vệ, thời gian truyền một ký tự (Ts) lúc này bao gồm thời gian khoảng bảo vệ(Tg) và thời gian truyền thông tin có ích (cũng chính là khoảng thời gian bộIFFT/FFT phát đi một ký tự)

Chiều dài của dải bảo vệ bị hạn chế nhằm đảm bảo hiệu suất sử dụng dải tần.Tuy nhiên, nó phải bằng hoặc lớn hơn giá trị trải trễ cực đại (the maximum delayspread) nhằm duy trì tính trực giao giữa các sóng mang nhánh và loại bỏ được cácxuyên nhiễu ICI, ISI Ở dây, giá trị trải trễ cực đại là một thông số xuất hiện khi tínhiệu truyền trong không gian chịu ảnh hưởng của hiện tượng đa đường (multipatheffect)-tức là tín hiệu thu được tại bộ thu không chỉ đến từ đường trực tiếp mà cònđến từ các đường phản xạ khác nhau, và các tín hiệu này đến bộ thu tại các thời

điểm khác nhau Giá trị trải trễ cực đại được xác định là khoảng thời gian chênhlệch lớn nhất giữa thời điểm tín hiệu thu qua đường trực tiếp và thời điểm tín hiệuthu được qua đường phản xạ Nếu phát một xung RF (xung Dirac) trong môi trườngtruyền đa đường, tại bộ thu sẽ nhận được các đáp ứng xung có dạng sau

Hình 2.9 Đáp ứng xung của kênh truyền trong môi trường truyền đa đường

Đáp ứng xung h(t) của một kênh truyền chịu ảnh hưởng của hiện tượng đa đường :

Với : Ak là biên độ phức của đáp ứng xung trên đường truyền thứ k

Tk là thời gian trễ của đáp ứng trên đường truyền thứ k so với gốc thời gian m là số đường truyền trong môi trường truyền đa đường.

Tiền tố lặp (CP) có khả năng loại bỏ nhiễu ISI, nhiễu ICI vì nó cho phép tăng khảnăng đồng bộ (đồng bộ ký tự, đồng bộ tần số sóng mang) trong hệ thống OFDM

2.9 Các thông số đặc trưng trong hệ thống truyền dẫn OFDM2.9.1 Cấu trúc tín hiệu OFDM

Hình 2.10 cho thấy cấu trúc của các ký hiệu OFDM trong miền thời gian TFFT là thời gian để truyền dữ liệu hiệu quả, TGlà thời gian bảo vệ Cũng thấy các thông số khác, Twin là thời gian cửa sổ Quan hệ giữa các thông số là:

T (2.11)

Cửa sổ được đưa vào nhằm làm mịn biên độ chuyển về không tại ranh giới ký hiệuvà để giảm tính nhạy cảm của dịch tần số Loại cửa sổ được dùng phổ biến là loạicửa sổ cosine tăng.

2.9.2 Các thông số trong miền thời gian

Từ hình 2.10 có thể tách các thông số OFDM trong miền thời gian: chu kỳ kýhiệu Tsym, thời gian FFT TFFT, thời gian bảo vệ TG, thời gian cửa sổ Twin Nếukhông tính đến thời gian cửa sổ, thì công thức (2.11) trở thành:

TTFSR 

Thông số này đánh giá hiệu quả tài nguyên được dùng trong miền thời gian và cóthể được dùng để tính toán thông lượng

2.9.3 Các thông số trong miền tần số

Hình 2.10 Cấu trúc tín hiệu OFDM

Hình 2.11 sắp xếp OFDM trong miền tần số với ba thông số chính là: toàn bộđộ rộng băng tần cho tất cả các sóng mang con B, độ rộng băng tần sóng mang conf và số sóng mang con Nsub Quan hệ giữa chúng là: BNsubf

Thực tế, toàn bộ độ rộng băng tần khả dụng B được cho là hạn chế trước khi thiết kếhệ thống Vì vậy, đối với người thiết kế, các thông số OFDM trong miền tần số cóthể được xác định là độ rộng băng tần sóng mang con f và số sóng mang con Nsub

2.10 Thông lượng kênh

Thông lượng của kênh cho ta biết tốc độ tối đa của tín hiệu có thể truyềnđược qua kênh mà không bị lỗi Do đó, thông lượng kênh phụ thuộc vào bề rộngbăng tần của kênh và tác động của các loại nhiễu.

Thông lượng kênh theo Shannon.

Thông lượng kênh phụ thuộc vào tỷ số tín hiệu trên tạp âm (SNR) và độ rộngbăng thông của tín hiệu B được xác định bằng công thức sau:

Hình 2.11 Độ rộng băng tần hệ thống và độ rộng băng tần sóng mang con

trong đó C là dung lượng kênh còn B là băng thông.

Điều chế thích nghi được sử dụng để thay đổi các thông số điều chế thích nghi theotrạng thái kênh để đạt được dung lượng kênh tốt nhất trong thời điểm xét mà khônglàm ảnh hưởng đến chất lượng truyền dẫn Vì thế cần biết cách tính toán dung lượngkênh theo các thông số diều chế phù hợp với tình trạng kênh ở thời điểm xét Dướiđây ta sẽ xét công thức để tính toán dung lượng kênh này.

Thông lượng kênh cho các hệ thống OFDM.

Xét trường hợp cấu hình các sóng mang con giống nhau, nghĩa là tất cả cácsóng mang con đều có chung một cấu hình (điều chế, mã hóa, băng thông, côngsuất…) Khi này tốc độ bit tổng của hệ thống OFDM bằng:

 

 

RlogM BTT Rlog  M B.FSR,TfBMlogRT

Từ công thức (2.14) cho thấy, đối với một sóng mang con hay một nhóm các sóngmang con, bốn thông số sau đây sẽ quyết định tốc độ bit: tỷ lệ mã, mức điều chế,độ rộng băng và FSR Trong một hệ thống OFDM ta có thể thay đổi các thông sốnày để đạt được tốc độ bit tốt nhất nhưng vẫn đảm bảo QoS trong điều kiện cụ thểcủa kênh.

2.11 Ưu điểm và hạn chế của kĩ thuật OFDM2.11.1 Ưu điểm

 Nhờ tính trực giao các sóng mang con không bị xuyên nhiễu bởi các sóngmang con khác.

 Bằng cách áp dụng kĩ thuật đa sóng mang dựa trên FFT/IFFT hệ thốngOFDM đạt được hiệu quả không phải bằng việc lọc dải thông mà bằng côngviệc xử lí băng gốc.

 Thực hiện việc chuyển đổi chuỗi dữ liệu từ nối tiếp sang song song nên thờigian symbol tăng lên do đó sự phân tán theo thời gian gây bởi trải trễ dotruyền dẫn đa đường giảm xuống.

 Tối ưu hiệu quả phổ tần do cho phép chồng phổ giữa các sóng mang con Hạnchế được ảnh hưởng của fading bằng cách chia kênh fading chọn lọc tần sốthành các kênh con phẳng tương ứng với các tần số sóng mang OFDM khácnhau.

 Kĩ thuật OFDM có ưu điểm nổi bật là khắc phục hiện tượng không có đườngdẫn thẳng bằng tín hiệu đa đường dẫn.

 Hệ thống OFDM có thể loại bỏ hoàn toàn nhiễu xuyên kí hiệu ISI nếu độ dàichuỗi bảo vệ lớn hơn trễ truyền dẫn lớn nhất của kênh.

 Phù hợp cho việc thiết kế hệ thống truyền dẫn băng rộng, do ảnh hưởng củasự phân tập về tần số đối với chất lượng của hệ thống được giảm nhiều so vớihệ thống truyền dẫn đơn sóng mang.

 Cấu trúc bộ thu đơn giản

2.12 Kết luận chương

Trong chương này đã trình bày một số vấn đề cơ bản của kĩ thuật OFDM nhưtính trực giao, phương pháp biến đổi IFFT/FFT đồng thời tìm hiểu các thành phần

của hệ thống OFDM và dung lượng kênh truyền Ngày nay kỹ thuật OFDM còn kếthợp với phương pháp mã kênh sử dụng trong thông tin vô tuyến Các hệ thống nàycòn được gọi COFDM (code OFDM) Trong hệ thống này tín hiệu trước khi đượcđiều chế OFDM sẽ được mã kênh với các loại mã khác nhau nhằm mục đích chốnglại các lỗi đường truyền Do chất lượng kênh (fading và SNR) của mỗi sóng mangphụ là khác nhau, người ta điều chế tín hiệu trên mỗi sóng mang với các mức điềuchế khác nhau Hệ thống này mở ra khái niệm về hệ thống truyền dẫn sử dụng kỹthuật OFDM với bộ điều chế tín hiệu thích nghi Tuy nhiên đồ án không tập trungtìm hiểu về COFDM mà sẽ tiến hành tìm hiểu một số cơ chế thích nghi được sửdụng trong hệ thống OFDM ở chương 4.

      

 f E fH

Trong đó E(f) là biến đổi Fourier của e(k) E(f) là mật độ công suất tín hiệu lỗi, sửdụng định lý Parseval ta có sai lỗi trung bình bình phương trong miền thời gian sẽlà:

   

3.5.2 Bộ cân bằng bình phương lỗi trung bình tuyến tính LMSE

Hình 3.2 Sơ đồ bộ cân bằng trung bình lỗi bình phương tuyến tính

Trong đó rk,Cn tương ứng là tín hiệu thu và tham số bộ cân bằng Bộ cân bằnggồm 2N+1 nhánh, đước đánh thứ tự từ CN1 đến CN1 và C0 là nhánh trung tâmcủa bộ cân bằng Có thể tính toán các hệ số của bộ cân bằng theo hai cách: Cách thứnhất tính Cm bằng cách đặt MSE trong (3.21) bằng ‘0’ và sau đó giải phương trìnhnày Cách thứ hai dựa trên hoạt động trực giao, khi coi rằng lỗi dư của bộ cân bằngtrực giao với tín hiệu đầu vào bộ cân bằng, vì thế ta có:

Từ hình 3.2, tín hiệu sau khi cân bằng sẽ là:

Tín hiệu thu sẽ là:k1

Giả sử các bit phát là dừng theo nghĩa rộng, khi đó:

Trong đó 2s

 là công suất phát tín hiệu, vì tạp âm không tương quan nên ta có:

j

Thay (3.22) và (3.23) vào tổng thứ nhất của vế phải (3.31) sẽ được:

 ,   2s2

CfH1f

Ước tính bình phương của phương trình trên ta được:

Từ (3.16) dễ dàng thấy để  2e

E cực tiểu thì thành phần thứ nhất của (3.20) phải= 0 do đó ta sẽ tính được hệ số cân bằng tối ưu như sau:

(3.31)Thay (3.31) vào (3.32) ta có lỗi trung bình bình phương cực tiểu là:

 

3.6 Kết luận chương

Các kĩ thuật ước tính và cân bằng kênh tỏ ra quan trọng trong các hệ thốngtruyền dẫn vô tuyến Việc ước tính kênh chính xác sẽ xác định được trạng thái kênhhiện thời quyết định thành công cho các giải pháp cân bằng kênh và các công nghệđiều chế Kĩ thuật cân bằng kênh giúp giảm ISI, hạn chế các ảnh hưởng của kênhphadinh lựa chọn tần số, hiệu ứng đa đường Chính nhờ thế mà nâng cao tốc độ vàhiệu năng truyền dẫn.

- Vùng tần số của đáp ứng kênh bị thăng giáng mạnh: Không truyền dữ liệutrên đó  cải thiện QoS.

 Xây dựng giải thuật:

Dựa trên tính chất chọn lọc tần số của kênh ta có thể xây dựng thuật toánthích nghi theo cơ chế chọn lọc sóng mang nhằm phát huy tối đa ưu điểm của phântập tần số.

Với giả thiết là: (1) Cùng một độ rộng băng tần được cấp phát cho kênh (cùng tốc độbit vào); (2) Cùng trạng thái kênh (cùng một đoạn băng tần bị thăng giáng, cùng sốlượng các sóng mang con bị thăng giáng ); (3) trong cùng một khoảng thời giankhảo sát, có cùng số lượng bit được truyền, cùng khoảng thời gian mô phỏng.

Nếu số lượng sóng mang (N_Sub) được dùng để truyền dữ liệu là nhỏ, nghĩalà tỉ lệ giữa số các bit được truyền đi bị lỗi trên toàn bộ các bit được truyền đi là lớn(BER tăng) ngoài ra còn gây lỗi cụm (các lỗi có tính chất tập trung) Như vậy, khiN_Sub nhỏ không những BER lớn mà còn tăng lỗi cụm.

Nếu ta dùng một số lượng lớn sóng mang để truyền dữ liệu thì sẽ có tácdụng giảm số lượng lỗi vì tỷ lệ sóng mang bị lỗi so với toàn bộ sóng mang sẽ rất nhỏBER giảm ngoài ra còn không gây lỗi cụm Như vậy, khi NSub lớn không nhữngBER giảm mà còn giảm lỗi cụm.

Trên đây là trường hợp chưa thực hiện thích nghi Nếu bỏ giả thiết (3) ở trên vàthực hiện cơ chế thích nghi bằng cách:

Tăng, giảm số lượng các sóng mang con theo trạng thái kênh: Một khi ta khảo sáttrong khoảng thời gian đủ dài và thực hiện thích nghi số sóng mang con NSub theo