CÁC PHƯƠNG PHÁP GIẢM PAPR TRONG HỆTHỐNG OFDM

CÁC PHƯƠNG PHÁP GIẢM PAPR TRONG HỆTHỐNG OFDM

CƠ SỞ TẠI THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA VIỄN THÔNG II

_

ðỒ ÁN TỐT NGHIỆP ðẠI HỌC

CHUYÊN NGÀNH: ðIỆN TỬ - VIỄN THÔNG

HỆ ðÀO TẠO: ðẠI HỌC CHÍNH QUY

- CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU VỀ OFDM VÀ ỨNG DỤNG CỦA OFDM

- CHƯƠNG II: CÁC VẤN ðỀ KỸ THUẬT TRONG HỆ THỐNG OFDM

- CHƯƠNG III: CÁC PHƯƠNG PHÁP GIẢM PAPR TRONG HỆ THỐNG OFDM

- CHƯƠNG IV: MÔ PHỎNG CÁC PHƯƠNG PHÁP GIẢM PAPR

Sinh viên thực hiện : NGUYỄN THÀNH VINH

Giáo viên hướng dẫn: NGUYỄN VĂN LÀNH

TP.HCM – 2011

NHẬN XÉT CỦA THẦY HƯỚNG DẪN

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

Tp HCM, ngày… tháng … năm 2011

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

Tp HCM, ngày … tháng … Năm 2011

Mục lục

MỤC LỤC

MỤC LỤC

MỤC LỤC HÌNH

MỤC LỤC BẢNG

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

LỜI CẢM ƠN

LỜI MỞ ðẦU 1

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ OFDM VÀ ỨNG DỤNG CỦA OFDM 2

1.1 Giới thiệu chương 2

1.2 ðiều chế ñơn sóng mang và ñiều chế ña sóng mang 2

1.3 Nguyên lý cơ bản của OFDM 3

1.4 Bộ ñiều chế OFDM 4

1.4.1 Tính trực giao của hai tín hiệu 4

1.4.2 Bộ ñiều chế OFDM 6

1.4.3 Khoảng bảo vệ trong hệ thống OFDM 8

1.4.4 Thực hiện bộ ñiều chế OFDM bằng thuật toán IFFT 9

1.5 Bộ giải ñiều chế OFDM 10

1.5.1 ðặc tính kênh truyền trong kỹ thuật OFDM 10

1.5.2 Bộ giải ñiều chế OFDM 11

1.5.3 Thực hiện bộ giải ñiều chế OFDM bằng thuật toán FFT 12

1.6 Hệ thống OFDM 12

1.7 Ứng dụng và hướng phát triển của OFDM 13

1.7.1 Phát thanh số 13

1.7.2 Truyền hình số mặt ñất 14

1.7.3 Mạng máy tính không dây tốc ñộ cao 15

1.7.4 Wimax 15

1.8 Kết luận chương 16

CHƯƠNG 2: CÁC VẤN ðỀ KỸ THUẬT TRONG HỆ THỐNG OFDM 17

2.1 Giới thiệu chương 17

2.2 Sự suy hao (Attenuation) 17

2.3 Fading chậm (slow fading) và fading nhanh (fast fading) 17

2.4 ðộ trãi trễ 18

2.5 Dịch Doppler 19

2.6 Fading phẳng và fading lựa chọn tần số 19

2.7 Nhiễu AWGN 20

2.8 Nhiễu liên ký tự (ISI) 20

2.10.2 ðồng bộ sóng mang 23

2.10.3 Giảm tỷ số công suất ñỉnh trên công suất trung bình 23

2.11 Kết luận chương 24

CHƯƠNG 3: CÁC PHƯƠNG PHÁP GIẢM PAPR TRONG HỆ THỐNG OFDM 25

3.1 Giới thiệu chương 25

3.2 Khái niệm PAPR 25

3.3 Hàm phân bố tích lũy bù CCDF 26

3.4 Giới thiệu tổng quan các phương pháp giảm PAPR 27

3.5 Kỹ thuật làm biến dạng tín hiệu 27

3.5.1 Cắt biên ñộ (Amplitude Clipping) 27

3.5.2 Cửa sổ ñỉnh (Peak Windowing) 28

3.5.3 Chia tỷ lệ ñường bao (Envelope Scaling) 28

3.5.4 Cập nhật pha ngẫu nhiên (Random phase update) 29

3.5.5 Phép biến ñổi nén giản (Companding Transform) 31

3.6 Kỹ thuật xáo trộn tín hiệu 33

3.6.1 Không có thông tin biên 33

3.6.1.1 Công thức biến ñổi Hadamard 34

3.6.1.2 Chèn dãy mã giả (Dummy sequence insertion) 35

3.6.2 Sử dụng thông tin biên 35

3.6.2.1 Lược ñồ chọn mức (Selective Level Mapping) 35

3.6.2.2 Dãy truyền riêng phần (PTS: Partial Transmit Sequence) 37

3.6.2.3 Kỹ thuật ghép xen (Interleaving technique) 38

3.6.2.4 Âm hiệu dành riêng (Tone Reservation) 39

3.6.2.5 Kỹ thuật ðơn ánh Tone (Tone Injection Technique) 40

3.6.2.6 Mở rộng không gian tín hiệu (Active constellation extention) 40

3.6.2.7 Lược ñồ mã hóa khối (Block Coding Schemes) 41

3.6.2.8 Lược ñồ mã hóa khối con (Sub block coding scheme) 42

3.6.2.9 Lược ñồ mã hóa khối hết hợp sửa lỗi (Block coding scheme with error correction) 44

3.7 Các tiêu chí lựa chọn phương pháp giảm PAPR 45

3.7.1 Khả năng giảm PAPR 45

3.7.2 Tăng công suất ở tín hiệu truyền 45

3.7.3 Tăng BER ở bộ nhận 46

3.7.4 Giảm tốc ñộ dữ liệu 46

3.7.5 Mức ñộ tính toán phức tạp 46

3.7.6 So sánh một vài phương pháp giảm PAPR 46

3.8 Kết luận 47

CHƯƠNG 4: MÔ PHỎNG CÁC PHƯƠNG PHÁP GIẢM PAPR 49

4.1 Mô tả hệ thống mô phỏng 49

4.1.1 Tham số hệ thống mô phỏng 49

Mục lục

4.1.2 Sơ ñồ khối hệ thống mô phỏng 49

4.2 Phương pháp clipping ñể giảm PAPR 50

4.2.1 So sánh khả năng giảm PAPR 50

4.2.2 So sánh tỷ số BER 51

4.2.2.1 Kênh AWGN 52

4.4.2.2 Kênh Fading Rayleigh 52

4.2.2.3 So sánh BER của kênh AWGN và kênh Fading Rayleigh 53

4.3 Phương pháp dãy truyền riêng phần PTS ñể giảm PAPR 54

4.3.1 Thuật toán thực hiện PTS tín hiệu 54

4.3.2 Khả năng giảm PAPR 54

4.4 Sử dụng phương pháp lược ñồ chọn mức SLM 55

4.4.1 Thuật toán sử dụng lược ñồ chọn mức SLM 55

4.4.2 Khả năng giảm PAPR 55

4.5 Tổng kết ñánh giá các phương pháp giảm PAPR ñã mô phỏng 56

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG MỞ CỦA ðỀ TÀI 58

PHỤ LỤC

TÀI LIỆU THAM KHẢO

MỤC LỤC HÌNH

Hình 1.1: Nguyên lý ựiều chế OFDM 4

Hình 1.2: Nguyên lý giải ựiều chế OFDM 4

Hình 1.3: So sánh phổ tắn hiệu của hai loại ựiều chế FDM (a) và OFDM (b) 5

Hình 1.4: Phổ của sóng mang con OFDM 6

Hình 1.5: Bộ ựiều chế OFDM 7

Hình 1.6: Xung cơ sở 7

Hình 1.7: Chuỗi bảo vệ 8

Hình 1.8: Ứng dụng của chuỗi bảo vệ trong việc chống nhiễu ISI 9

Hình 1.9: đặc tắnh kênh truyền 11

Hình 1.10: Sơ ựồ bộ giải ựiều chế OFDM 11

Hình 1.11: Hệ thống OFDM 13

Hình 2.1: đáp ứng xung thu ựược khi truyền một xung RF 18

Hình 2.2: Trãi trễ ựa ựườngẦẦẦ Ầ.18

Hình 2.3 Nhiễu xuyên kênh ICI 21

Hình 2.4: Sơ ựồ hệ thống OFDM tổng quát 22

Hình 3.1: Sơ ựồ tổng quát các phương pháp giảm PAPR 27

Hình 3.2: Sơ ựồi khối phương pháp chia tỷ lệ ựường bao 29

Hình 3.3: Thuật toán tạo pha ngẫu nhiên 31

(A) đặt ngưỡng PV (B) Giới hạn số vòng lặp 31

Hình 3.4: Thuộc tắnh của các phương pháp biến ựổi nén giản 32

Hình 3.5: Tắn hiệu truyền khi không sử dụng LT và sử dụng LT 33

Hình 3.6: Lược ựồ hệ thống sử dụng công thức Hadamard 34

Hình 3.7: Lược ựồ sử dụng chèn dãy giả 35

Hình 3.8: Sơ ựồ khối phương pháp SLM 36

Hình 3.9: Sơ ựồ khối phương pháp PTS 37

Hình 3.10: Lược ựồ sử dụng ghép xen 38

Hình 3.11: Mở rộng chòm ựiểm tắch cự với ựiều chế QPSK 41

Hình 3.12: Mô tả việc mở rộng không gian tắn hiệu 41

ựối với phương pháp ựiều chế 16-QAM 41

Hình 3.13: đường bao của tắn hiệu OFDM của dãy thông tin zero 43

Hình 4.1: Mô hình mô phỏng theo phương pháp Monter Carlo 49

Hình 4.2: Sơ ựồ máy phát 49

Hình 4.3: Mô hình kênh 50

Hình 4.4: Sơ ựồ máy thu 50

Hình 4.5: đồ thị hàm CCDF với tắn hiệu gốc và các mức clipping khác nhau 51

Hình 4.6: BER của tắn hiệu clipping và không clipping qua kênh truyền AWGN 52

Hình 4.7: BER của tắn hiệu clipping và không clipping 53

Mục lục hình

qua kênh fading rayleigh 53

Hình 4.8 BER của tín hiệu Clipping với CR=2 khi qua kênh 53

AWGN và Fading Rayleigh 53

Hình 4.9: Hàm CCDF của PAPR khi sử dụng phương pháp PTS với V=4 và V=8 55

Hình 4.10: Hàm CCDF của PAPR khi sử dụng phương pháp SLM 56

Danh mục từ viết tắt

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

A

AM Amplitude Modulation

AWGN Additive White Gaussian Noise

ACE Active Constellation Extention

B

BER Bit Error Rate

BPSK Binary Phase Shift Keying

C

CDMA Code Division Multiple Access

CDF Cumulative Distribution Fuction

CCDF Complementary Cumulative Distribution Fuction

D

DFT Discrete Fourier Transform

DVB Digital Video Broadcasting

DAB Digital Audio Broadcasting

DRM Digital Radio Mondiale

F

FDM Frequency Division Multiplexing

FEC Forward Error Correcting

FFT Fast Fourier Transform

FIR Finite Impulse Response (digital filter)

ICI InterChannel Interference

ICI InterCarrier Interference

ISI InterSymbol Interference

IDFT Inverse Discrete Fourier Transform

IEEE Institute of Electrical and Electronic Engneers

IFFT Inverse FFT

PSAM Pilot Signal Assisted Modulation

PTS Partial Transmit Sequence

PI Preodic Interleaver

Q

QAM Quadrature Amplitude Modulation

QPSK Quadrature Phase-Shift Keying

SNR Signal to Noise Ratio

SLM Selective Level Mapping

SOPC Systematic Odd Parity Checking Coding

SBC Sub Block Coding

LỜI CẢM ƠN

Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo Ths.Nguyễn Văn Lành ñã hướng dẫn tận tình cho

em trong suốt thời gian làm ñồ án Xin gửi lời cảm

ơn ñến các thầy cô trong khoa ðT-VT ñã dạy dỗ,

cung cấp kiến thức và giúp ñỡ ñộng viên ñể em có thể hoàn thành ñược ñồ án này

Xin cảm ơn những người thân trong gia ñình tôi, cảm ơn những người bạn thân thiết ñã giúp ñỡ tôi trong những lúc khó khăn nhất

Tp Hồ Chí Minh, ngày 06/01/2011

LỜI MỞ ðẦU

Hiện nay công nghệ OFDM ñang ñược ứng dụng rộng rãi trong các tiêu chuẩn viễn thông như hệ thống truyền hình số DVB-T, phát thanh số DAB Và trong tương lai công nghệ này còn ñược ứng dụng trong hệ thống truy cập Internet không dây băng rộng WiMax ñang ñược xây dựng, cũng như trong hệ thống di ñộng toàn cầu thế hệ thứ 4 và nhiều hệ thống viễn thông khác

Công nghệ này ñược ưa chuộng như vậy là do những ưu ñiểm nổi trội mà nó ñem lại ñó là khả năng chống nhiễu ISI, ICI (InterSymbol Interference, InterCarier Interference), giúp nâng cao hiệu suất sử dụng phổ, cho phép thông tin tốc ñộ cao

ñược truyền song song với tốc ñộ thấp trên các kênh băng hẹp Các kênh con có thể

coi là các kênh fading không lựa chọn tần số nên có thể dùng các bộ cân bằng ñơn giản trong suốt quá trình nhận thông tin Hệ thống OFDM chống ñược ảnh hưởng của fading lựa chọn tần số và thực hiện ñiều chế tín hiệu ñơn giản, hiệu quả nhờ sử dụng

kỹ thuật biến ñổi Fourier nhanh (Fast Fourier Transform - FFT)

Tuy nhiên công nghệ này cũng có những mặt hạn chế cần ñược khắc phục ñó là:

- Nhạy với nhiễu pha và tần số offset do ñó cần phải ñồng bộ tốt cho hệ thống

- Tỷ số công suất ñỉnh trên công suất trung bình cao sẽ giới hạn phạm vi hoạt ñộng của bộ khuếch ñại RF

Và ñề tài này em tập trung tìm hiểu “Các phương pháp giảm tỷ số công suất ñỉnh trên công suất trung bình (Peak to Average Power Ratio -PAPR) trong hệ thống OFDM”

TP.Hồ Chí Minh, tháng 1, năm 2011

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Thành Vinh

Chương 1: Giới thiệu về OFDM và ứng dụng của OFDM

CHƯƠNG 1

GIỚI THIỆU VỀ OFDM VÀ ỨNG DỤNG CỦA OFDM

1.1 Giới thiệu chương

Chương này sẽ giới thiệu về lý do sử dụng phương pháp ựiều chế ựa sóng mang nói chung, ưu ựiểm của nó so với phương pháp ựiều chế ựơn sóng mang Sau ựó sẽ ựi vào phương pháp ựiều chế ựa sóng mang OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing), tìm hiểu nguyên lý và biểu thức toán học của kỹ thuật này Từ ựó xây dựng nên bộ ựiều chế và giải ựiều chế cho hệ thống OFDM cũng như dựa trên hai bộ phận chắnh ựó ựể xây dựng nên hệ thống thu phát OFDM hoàn chỉnh Giới thiệu một

số ứng dụng của kỹ thuật ựiều chế này ựang ựược sử dụng trong các hệ thống số hiện tại Kết thúc chương là một số ựánh giá về ưu và nhược ựiểm của kỹ thuật OFDM

1.2 điều chế ựơn sóng mang và ựiều chế ựa sóng mang

Hệ thống thông tin sử dụng phương pháp ựiều chế ựơn sóng mang (vắ dụ hệ thống GSM) ựang ựược sử dụng chủ yếu trong hệ thống thông tin băng hẹp đó là phương pháp mà dòng tắn hiệu ựược truyền ựi trên toàn bộ băng tần B, có nghĩa là tần số lấy mẫu của hệ thống bằng ựộ rộng băng tần và mỗi mẫu tắn hiệu có ựộ dài là:

Trong thông tin vô tuyến băng rộng, kênh vô tuyến thường là kênh phụ thuộc tần

số Tốc ựộ lấy mẫu ở thông tin băng rộng sẽ rất lớn; do ựó chu kỳ lấy mẫu TSC sẽ rất nhỏ Do ựó giá trị RSC sẽ lớn ựiều này dẫn ựến hai nhược ựiểm sau ựối với hệ thống

ựiều chế ựơn sóng mang

- Thứ nhất nhiễu xuyên ký tự ISI do phân tập ựa ựường là lớn

- Thứ hai chất lượng hệ thống sẽ phụ thuộc vào kênh theo tần số

Hai lý do trên làm cho bộ cân bằng kênh và bộ lọc nhiễu ở máy thu sẽ phức tạp hơn rất nhiều Giải pháp ựặt ra cho hệ thống băng rộng là thay phương pháp sử dụng

ðối với phương pháp ñiều chế ña sóng mang toàn bộ băng tần của hệ thống ñược chia

ra làm nhiều băng con với các sóng mang phụ cho mỗi băng con là khác nhau

Toàn bộ bề rộng phổ tín hiệu của hệ thống ñược chia thành N kênh song song hay còn gọi là kênh phụ với bề rộng là:

Do ñó mà mà ñộ phức tạp của bộ cân bằng kênh và bộ lọc nhiễu tại ñầu thu cũng giảm Tuy nhiên phương pháp ñiều chế ña sóng mang không có tác dụng làm tăng hiệu quả

sử dụng băng tần của hệ thống so với phương pháp ñiều chế ñơn tần, mà ngược lại nếu các kênh phụ ñược phân cách với nhau ở một khoảng nhất ñịnh thì ñiều này lại làm giảm hiệu quả sử dụng phổ ðể làm tăng hiệu quả sử dụng phổ của hệ thống ñồng thời vẫn kế thừa ñược các ưu ñiểm của các phương pháp ñiều chế ña sóng mang, phương pháp ñiều chế ña sóng mang trực giao OFDM ñược ra ñời Mà tiếp theo sẽ nói về

nguyên lý cơ bản của phương pháp ñiều chế ña sóng mang trực giao OFDM [1]

1.3 Nguyên lý cơ bản của OFDM

Nguyên lý của kỹ thuật ñiều chế OFDM ñó là chia luồng dữ liệu trước khi phát ñi thành N luồng dữ liệu song song có tốc ñộ thấp hơn, mỗi luồng dữ liệu ñó ñược ñiều chế ñồng thời bởi các sóng mang có tần số khác nhau Các sóng mang con này là trực giao với nhau, ñiều này ñược thực hiện bằng cách chọn ñộ giãn cách tần số giữa các sóng mang một cách hợp lý Sau ñó tín hiệu ñiều chế từ N sóng mang con này ñược ghép chung tạo thành một tín hiệu OFDM Hình 1.1 biểu diễn nguyên lý ñiều chế OFDM cơ bản

Chương 1: Giới thiệu về OFDM và ứng dụng của OFDM

Hình 1.1: Nguyên lý ñiều chế OFDM

Tại nơi thu, kỹ thuật giải ñiều chế ñược thực hiện ngược lại Tín hiệu OFDM

ñược chọn lọc dãi tần ñể tách N sóng mang con riêng biệt, sau ñó ñược giải ñiều chế

lần lượt ở các tần số sóng mang con Luồng số liệu ñược chuyển ñổi từ song song thành nối tiếp tạo thành chuỗi số liệu ngõ ra Hình 1.2 mô tả nguyên lý giải ñiều chế OFDM cơ bản [1]

Hình 1.2: Nguyên lý giải ñiều chế OFDM

1.4 Bộ ñiều chế OFDM

Sau khi ñã giới thiệu về nguyên lý của bộ ñiều chế ở phần này ta sẽ ñi vào tìm hiểu

cụ thể mô hình của một bộ ñiều chế và biểu thức toán học biểu diễn của tín hiệu khi qua bộ ñiều chế

1.4.1 Tính trực giao của hai tín hiệu

Như ñã nói ở phần trước ñối với phương pháp ñiều chế ña sóng mang FDM có N băng con, mỗi băng con ñược ñặt cách băng kế cận nó một khoảng tần số an toàn ñể ngăn ngừa can nhiễu giữa các tín hiệu trong các băng kế cận Tuy nhiên băng tần của

hệ thống có thể sử dụng hiệu quả hơn nhiều nếu phổ của các băng con ñược phép ñặt chồng lên nhau Bằng cách sử dụng các sóng mang trực giao và phương pháp giải ñiều chế kết hợp, dữ liệu ban ñầu có thể ñược khôi phục nguyên vẹn Hình 1.3 cho ta thấy rằng phương pháp ñiều chế OFDM sẽ tiết kiệm băng hơn rất nhiều so với phương pháp

Hình 1.3: So sánh phổ tín hiệu của hai loại ñiều chế FDM (a) và OFDM (b)

Có thể hiểu hai tín hiệu trực giao như sau Các tín hiệu ñược gọi là trực giao nếu chúng ñộc lập tuyến tính với nhau Về mặt toán học, các tín hiệu Sp và Sq ñược gọi là trực giao với nhau khi:

Các kỹ thuật ghép kênh thông thường trước ñây vốn ñã có tính trực giao Kỹ thuật ghép kênh phân thời gian cho phép việc truyền nhiều tín hiệu mang thông tin qua một kênh ñơn lẻ bằng cách chỉ ñịnh khe thời gian riêng biệt cho mỗi tín hiệu Trong mỗi khe thời gian, chỉ duy nhất tín hiệu từ một nguồn tin ñược phép truyền ñể ngăn ngừa can nhiễu giữa các nguồn thông tin Vì thế, kỹ thuật TDM có tính trực giao một cách

tự nhiên Trong miền tần số, hầu hết các hệ thống FDM ñều có tính trực giao vì mỗi tính hiệu ñược ñặt cách nhau trên trục tần số ñể ngăn chặn xuyên kênh Những phương pháp này ñều có tính trực giao nhưng thuật ngữ OFDM ñược dành riêng cho một dạng

ñặc biệt của FDM Các sóng mang con trong OFDM ñặt gần nhau tới mức có thể mà

vẫn giữ ñược tính trực giao giữa chúng

Trong OFDM, tín hiệu mang thông tin ñược chia vào các sóng mang con khác nhau Tín hiệu OFDM bao gồm các hàm sin cơ bản, mỗi hàm tương ứng với một sóng mang con Tần số băng tần gốc của mỗi sóng mang con ñược chọn bằng số nguyên lần của nghịch ñảo thời gian của một sysmbol Do ñó , tất cả các sóng mang con ñều có số nguyên lần chu kỳ mỗi sysmbol Kết quả các sóng mang con trực giao với nhau

Có thể biểu diễn tập các sóng mang con ñơn giản như sau:

f0 là dịch tần ñầu tiên T là chu kỳ symbol Các sóng mang con này cần phải thỏa

ñiều kiện (1.4.1) thì mới trực giao Ta thấy:

Chương 1: Giới thiệu về OFDM và ứng dụng của OFDM

Với n≠m tích phân bằng 0 khi t2-t1 là một số nguyên lần của T

Còn với n=m thì tích phân trên bằng (t1-t2)

Vì vậy nếu các sóng mang cách nhau 1/T thì chúng trực giao với nhau trong chu

kỳ của tín hiệu

Một cách khác ñể xem xét tính chất trực giao của tín hiệu OFDM là xem phổ của

nó Trong miền tần số mỗi sóng mang thứ cấp OFDM có ñáp tuyến tần số sinc (sin(x)/x) Biên ñộ hàm sinc có dạng một búp chính hẹp và nhiều búp phụ biên ñộ giảm dần khi tần số cách xa tần số trung tâm Mỗi sóng mang con có biên ñộ ñỉnh tại tần số trung tâm và bằng không tại các tần số bằng với tần số trung tâm của các sóng mang con khác (tần số trung tâm của các sóng mang con cách nhau ñều ñặn và bằng khoảng cách các sóng mang con) Tính trực giao là kết quả của việc ñỉnh của mỗi sóng mang con tương ứng với các giá trị không của tất cả các sóng mang con khác Hình 1.4

là mô tả phổ của symbol OFDM có 5 sóng mang con [1]

Hình 1.4: Phổ của sóng mang con OFDM

ñược sử dụng là khóa dịch pha nhị phân (BPSK) , khóa dịch pha vuông góc (QPSK),

khóa dịch pha M phần tử (MPSK), ñiều chế biên ñộ vuông M phần tử (MQAM)

Hình 1.5: Bộ ñiều chế OFDM

Các mẫu tín hiệu phát {xk,n} ñược nhân với xung cơ sở g(t) mục ñích làm giới hạn phổ của mỗi sóng mang sao cho phù hợp với bề rộng cho phép của kênh truyền.Trong trường hợp bề rộng phổ của tín hiệu phát lớn hơn bề rộng kênh truyền cho phép thì tín hiệu phát này sẽ gây ra nhiễu xuyên kênh ñối với các hệ thống khác

Trường hợp ñơn giản nhất của xung cơ sở là xung chữ nhật mô tả ở hình 1.6

Hình 1.6: Xung cơ sở

0 0 t Ts( )

Trong thực tế xung cơ sở thường ñược sử dụng là bộ lọc cosin nâng

Sau khi nhân với xung cơ sở tín hiệu lại ñược dịch tần tới ñến kênh con tương ứng thông qua phép nhân với hàm phức jn s t

e ω Phép nhân này làm các tín hiệu trên các sóng

a,+

n i

a,

L i

Chương 1: Giới thiệu về OFDM và ứng dụng của OFDM mang con trực giao với nhau Tín hiệu sau khi nhân với xung cơ sở và dịch tần ñược cộng lại qua bộ tổng và cuối cùng ñược biểu diễn như sau:

Ở ñây tín hiệu s’(t) là tín hiệu s’k(t) với chỉ số k là chỉ số mẫu tín hiệu OFDM hay

là chỉ số thời gian chạy tới vô hạn

Tín hiệu OFDM ít bị ảnh hưởng bởi trãi trễ ña ñường so với tín hiệu ñơn sóng mang do tốc ñộ sysmbol của tín hiệu OFDM thấp hơn N lần so với tốc ñộ tín hiệu OFDM Và nhiễu ISI do trễ ña ñường có thể ñược loại bỏ nếu sử dụng thêm khoảng bảo vệ (guard band) Do ñó tín hiệu OFDM trước khi phát ñi ñược chèn thêm khoảng bảo vệ ñể chống nhiễu xuyên ký tự ISI như ñược trình bày ở mục sau ñây.[1]

1.4.3 Khoảng bảo vệ trong hệ thống OFDM

Như ñã nói ở trên ñể loại bỏ hiện tượng ISI, do ñó ñảm bảo tính chất trực giao giữa các sóng mang con, nghĩa là ñồng thời tránh ñược hiện tượng giao thoa sóng mang ICI, ta chèn thêm vào giữa các ký tự OFDM kế cận một khoảng dự trữ (gọi là CP- cyclic prefix) hay còn gọi là khoảng bảo vệ (guard band)

Hình 1.7: Chuỗi bảo vệ

Chuỗi bảo vệ là một chuỗi tín hiệu có ñộ dài TG ở phía sau sao chép lên phần phía trước của mẫu tín hiệu Nếu khoảng tín hiệu phát ñi là hình sin và có chu kỳ Ts thì sau khi chèn chuỗi bảo vệ tín hiệu này có chu kỳ là T=TG+Ts Do hiệu ứng phân tập ña

ñường tín hiệu này sẽ ñến máy thu qua nhiều tuyến ñường truyền với trễ truyền dẫn

khác nhau Ta gọi τmax là trễ truyền dẫn lớn nhất trong hệ thống thì ñiều kiện ñể ñảm bảo hệ thống OFDM không bị ảnh hưởng bởi nhiễu ISI là: T G ≥τmax

ðiều này có thể giải thích bởi hình vẽ sau:

Hình 1.8: Ứng dụng của chuỗi bảo vệ trong việc chống nhiễu ISI

Trên hình là hai tín hiệu thu ñược từ hai tuyến truyền dẫn, tuyến 1 không có trễ còn tuyến hai có trễ là τmax.Ở tuyến ñầu tiên ta thấy mẫu tín hiệu thứ k không chồng lấn lên mẫu tín hiệu thứ (k+1), ở tuyến 2 thì mẫu tín hiệu thứ k bị dịch sang mẫu thứ (k+1) một khoảng là τmax do trễ truyền dẫn Như thấy ở tuyến hai sự trễ làm cho hai tín hiệu chồng lấn gây ra nhiễu ISI, tuy nhiên trong trường hợp này do tín hiệu OFDM có một khoảng bảo vệ TG nên dù hai tín hiệu có chồng lấn nhưng vẫn không ảnh hưởng tới thông tin chính, và ta thấy ñiều kiện ñể thông tin không bị ảnh hưởng là khoảng trãi trễ không ñược lớn hơn chuỗi bảo vệ hayT G≥τmax

Việc sử dụng chuỗi bảo vệ ñảm bảo tính trực giao của các sóng mang phụ, do vậy

ñơn giản hóa cấu trúc bộ ñánh giá kênh truyền, bộ cân bằng tín hiệu ở phía máy thu

Tuy nhiên chuỗi bảo vệ không mang thông tin có ích cho nên phổ của hệ thống bị giảm ñi một hệ số là: [1]

1.4.4 Thực hiện bộ ñiều chế OFDM bằng thuật toán IFFT

Phương pháp ñiều chế OFDM ña sóng mang con có ñiểm bất lợi là mỗi sóng mang con cần có một khối phát sóng sin, một bộ ñiều chế của riêng nó ðiều này là không khả thi khi số sóng mang con rất lớn trong hệ thống Nhằm giải quyết vấn ñề này giải thuật IDFT ñược sử dụng, nó có vai trò như hàng loạt bộ ñiều chế Và với cách sử dụng giải thuật IFFT ñộ phức tạp của hệ thống có thể ñược giảm thiểu và tăng tốc ñộ tính toán IDFT

Tín hiệu sau bộ ñiều chế OFDM dạng tương tự là:

Chương 1: Giới thiệu về OFDM và ứng dụng của OFDM Trong ñó B là bề rộng băng tần của hệ thống Ở thời ñiểm lấy mẫu t=kT+ ∆l t, với g(t-kT)=S0 Cần chú ý là ở ñây sau khi thêm khoảng CP thì chu kỳ symbol là T=TG+Ts

Phương trình ñược viết lại:

ñược ñịnh nghĩa như sau:

-kn N

1.5 Bộ giải ñiều chế OFDM

Bộ giải ñiều chế OFDM là một quá trình ngược lại với bộ ñiều chế OFDM Tín hiệu trước khi giải ñiều chế sẽ ñi qua kênh truyền và chịu tác ñộng của kênh truyền do

ñó phần này sẽ trình bày ñặc tính của kênh truyền ảnh hưởng lên tín hiệu OFDM , xây

dựng bộ giải ñiều chế OFDM cũng như biểu thức toán học mô tả cho tín hiệu tại bộ giải ñiều chế và thực hiện bộ giải ñiều chế bằng thuật toán DFT và FFT.[1]

1.5.1 ðặc tính kênh truyền trong kỹ thuật OFDM

Tín hiệu phát ñi từ máy phát OFDM ñể ñến ñược bộ thu OFDM sẽ qua kênh truyền dẫn phân tập ña ñường ñược biểu diễn về mặt toán học thông qua ñáp ứng xung

( , )

hτ t và hàm truyền ñạt H j( ω, )t ðối với ñáp ứng xung h( , )τ t , biến τ ký hiệu là trễ truyền dẫn của kênh Trễ truyền dẫn là khoảng thời gian cần thiết ñể tín hiệu chuyển từ máy phát tới máy thu Biến t là thời gian tuyệt ñối Biến ñổi Fourier của ñáp ứng xung

ñối với biến τ cho ta hàm truyền ñạt của kênh

( , ) ( , ) j

H jω t +∞hτ t e−ωτ

−∞

=∫

Có thể giả sử môi trường truyền dẫn không có can nhiễu tạp âm trắng AWGN (Additive White Gaussian Noise) Mối liên hệ giữa tín hiệu phát s(t), tín hiệu thu u(t)

và ñáp ứng xung của kênh h( , )τ t ñược mô tả như sau:

Hình 1.10: Sơ ñồ bộ giải ñiều chế OFDM

Quá trình giải ñiều chế là quá trình ngược lại với quá trình ñiều chế Nó sẽ thực hiện qua các bước sau:

Tách khoảng bảo vệ ở mỗi tín hiệu thu

Nhân với hàm số phức jn n t

e− ω ñể dịch băng tần của tín hiệu ở mỗi sóng mang về băng tần gốc như trước khi ñiều chế

Giải ñiều chế ở các sóng mang phụ

Chuyển ñổi tín hiệu thu thành dòng bit

Chuyển ñổi dòng bit song song thành dòng bit nối tiếp

Tín hiệu u(t) ñưa vào bộ giải ñiều chế , với tín hiệu phát s(t) có phương trình (1.4.4) và có ñáp ứng xung kênh truyền như biểu thức (1.5.1), u(t) sẽ có biểu thức sau:

Giải ñiều chế

Giải ñiều chế

Giải ñiều chế

Chương 1: Giới thiệu về OFDM và ứng dụng của OFDM

, 0

u kT + =t u kT +t nếu 0≤ ≤t T s ,∀k (1.5.3) Trong ñó T là chu kỳ kí tự trước khi tách khoảng bảo vệ và Ts là chu kỳ kí tự sau khi tách khoảng bảo vệ

Bộ giải ñiều chế trên mỗi sóng mang phụ là mạch tích phân thực hiện chức năng sau

1.5.3 Thực hiện bộ giải ñiều chế OFDM bằng thuật toán FFT

Bộ giải ñiều chế OFDM ở dạng tương tự thể hiện ở phương trình (1.5.4) Ở dạng

số, tín hiệu ñược lấy mẫu với chu kỳ lấy mẫu∆t Nếu một mẫu tín hiệu OFDM có chu

kỳ Ts ñược chia thành N mẫu tín hiệu, khi ñó ñộ rộng của chu kỳ mẫu là:

Do ñó biểu thức dạng tích phân (1.5.4) viết lại thành

∆ = thay vào ta ñược

1

2 /

số của 2, phép thực hiện DFT ñược thay thế bằng phép biến ñổi nhanh FFT sẽ giúp tăng tốc ñộ tính toán DFT lên nhiều lần.[1]

1.6 Hệ thống OFDM

Sau khi ñã trình bày hai thành phần cơ bản của hệ thống OFDM là bộ ñiều chế và giải ñiều chế ta có thể xây dựng một hệ thống OFDM hoàn chỉnh có sơ ñồ như hình sau:

Hình 1.11: Hệ thống OFDM

Ban ñầu, dòng dữ liệu ñầu vào với tốc ñộ cao ñược chia thành nhiều dòng dữ liệu song song tốc ñộ thấp hơn nhờ bộ chuyển ñổi nối tiếp-song song Mỗi dòng dữ liệu song song sau ñó ñược ñiều chế sóng mang cao tần Sau ñó ñược ñưa ñến ñầu vào của khối IFFT Tiếp ñó khoảng bảo vệ ñược chèn vào ñể giảm nhiễu xuyên ký tự (ISI), nhiễu xuyên kênh (ICI) do truyền trên các kênh vô tuyến di ñộng ña ñường và tiến hành chèn từ ñồng bộ khung Cuối cùng thực hiện ñiều chế cao tần, khuếch ñại công suất và phát ñi từ anten

Trong quá trình truyền, trên các kênh sẽ có các nguồn nhiễu tác ñộng ñến như nhiễu Gausian trắng cộng (Additive White Gaussian Noise-AWGN), Fading ña ñường

Ở phía thu, tín hiệu thu ñược chuyển xuống tần số thấp và tín hiệu rời rạc nhận ñược sau bộ D/A thu Khoảng bảo vệ ñược loại bỏ và các mẫu ñược chuyển ñổi từ

miền thời gian sang miền tần số bằng phép biến ñổi FFT dùng thuật toán FFT (khối FFT) Sau ñó, tùy vào sơ ñồ ñiều chế ñược sử dụng, sự dịch chuyển về biên ñộ và pha của các sóng mang con sẽ ñược sắp xếp ngược trở lại và ñược giải mã Cuối cùng, chúng ta nhận lại ñược dòng dữ liệu nối tiếp ban ñầu sau khi chuyển từ song song về nối tiếp

1.7 Ứng dụng và hướng phát triển của OFDM

Ngày nay, kĩ thuật OFDM ñã ñược tiêu chuẩn hoá là phương pháp ñiều chế cho các hệ thống phát thanh số như DAB (Digital Audio Broadcasting), DRM (Digital Radio Mondiale - hệ thống phát thanh số ñường dài thay cho hệ thống AM), các hệ thống truyền hình số mặt ñất DVB-T (Digital Video Broadcasting for Terrestrial Transmission Mode), DVB-H (Digital Video Broadcasting for Handheld), Hệ thống mạng máy tính không dây tốc ñộ cao HiperLAN/2 và hệ thống WiMax

Chương 1: Giới thiệu về OFDM và ứng dụng của OFDM thanh của ựĩa compact, ựưa ra những dịch vụ dữ liệu mới và hiệu suất sử dụng phổ cao hơn Nó mang nhiều dịch vụ kỹ thuật số ựồng thời, tốc ựộ xấp xỉ 1.5Mps ở băng tần 1,536MHz

Còn DRM (Digital Radio Mondiale) là hệ thống phát thanh số thay thế cho hệ thống phát thanh truyền thống AM Tần số sóng mang cho hệ thống DRM tương ựối thấp, nhỏ hơn 30MHz, phù hợp cho việc truyền sóng khoảng cách lớn Môi trường truyền sóng của hệ thống là kênh phân tập ựa ựường có sự tham gia phản xạ mặt ựất và tầng ựiện li nên phạm vi phủ sóng của DRM rất lớn, có thể phủ sóng ựa quốc gia hay liên lục ựịa

Các tham số cơ bản của DRM theo ETSI, như sau:

độ rộng băng: B=9.328kHz

độ dài FFT: NFFT= 256

độ dài chuỗi bảo vệ TG=5.3ms

Số sóng mang ựược sử dụng ựể truyền tin: NC=198

Do trễ truyền dẫn tương ựối lớn nên hệ thống DRM ựược thiết kế chỉ dành cho các máy thu tĩnh hay xách tay điều này khác hẳn so với hệ thống DAB hay DVB ựược thiết kế cho máy thu có tốc ựộ di chuyển tương ựối lớn như ô tô, tàu hoảẦ

1.7.2 Truyền hình số mặt ựất

Việc phát triển các tiêu chuẩn DVB ựã khởi ựầu vào năm 1993 và tiêu chuẩn DVB_T ựã ựược tiêu chuẩn hoá vào năm 1997 do Viện tiêu chuẩn truyền thông Châu

Âu (ESTI: European Telecommunication Standards Institute) Hiện nay tiêu chuẩn này

ựã ựược các nước Châu Âu và nhiều nước khác trên thế giới thừa nhận Năm 2001 ựài

truyền hình Việt Nam ựã quyết ựịnh chọn nó làm tiêu chuẩn ựể phát sóng cho truyền hình mặt ựất trong những năm tới Trong truyền hình số mặt ựất không thể sử dụng phương pháp ựiều chế ựơn sóng mang ựược vì hiện tượng ựa ựường sẽ làm ảnh hưởng nghiêm trọng ựến chỉ tiêu kĩ thuật của truyền sóng mang ựơn tốc ựộ cao vì lý do này OFDM ựã ựược sử dụng cho tiêu chuẩn truyền hình mặt ựất DVB_T

Hệ thống DVB-H: điện thoại di ựộng truyền hình DVB-H ựang có những ưu thế vượt trội của mình: Tiết kiệm năng lượng Pin tới 90%, thu tắn hiệu trong môi trường di

ựộng tốt, tắn hiệu ựược ựóng gói dạng IP và truyền tắn hiệu dưới dạng quảng bá tới các

máy ựiện thoại di ựộng Bởi vậy ứng dụng công nghệ quảng bá DVB-H cho ựường xuống (downlink) của các máy ựiện thoại trong mạng di ựộng dường như là một giải pháp mang tắnh ựột phá mà các thế hệ mạng viễn thông 2G (GSM); 2,5G (GPRS) và 3G (UMTS) hiện nay chưa thể khắc phục ngay ựược đó là không bị hạn chế về băng thông khi tại cùng một thời ựiểm số thuê bao sử các dụng dịch vụ truyền hình trực tuyến tăng vọt

Hiện nay với công nghệ phát số mặt ựất (DVB-T) chúng ta có thể phát ựược khoảng 6-7 chương trình TV (SDTV) trên một kênh sóng (với tốc ựộ tổng là 27,14

ñộ 128-384 Kbit/s trên một kênh (hay một chương trình TV yêu cầu) ñã có thể phân

phối một kênh video chất lượng cao Chính công nghệ này ñã làm tăng hiệu quả của quá trình phát quảng bá và có thể truyền ñược từ 10 ñến 55 chương trình TV trên một kênh sóng

Ngoài ra, trong hệ thống thông tin di ñộng thế hệ thứ 4 (4G), kĩ thuật OFDM còn còn thể kết hợp với các kĩ thuật khác như phân tập anten (MIMO- Multi In Multi Out-

ña anten phát thu) nhằm nâng cao dung lượng kênh vô tuyến và kết hợp với CDMA

nhằm phục vụ dịch vụ ña truy nhập vào mạng

1.7.3 Mạng máy tính không dây tốc ñộ cao

Hệ thống HiperLAN/2 tương ñương với tiêu chuẩn IEEE802.11a ñược thiết kế cho mạng máy tính không dây WLAN Tốc ñộ truyền dẫn lớn nhất hệ thống có thể cung cấp ñược khoảng 54Mbit/s tùy thuộc vào môi trường truyền dẫn Bề rộng băng tần sử dụng là 20MHz ñược khai thác ở vựng tần số là 5GHz Môi trường truyền dẫn

là ở trong nhà và ở giữa các toàn nhà Khoảng cách truyền dẫn tương ñối nhỏ khoảng

từ vài mét ñến vài trăm mét

Các tham số cơ bản của hệ thống ñược liệt kê như sau [ETSI-2]

-Trạm phát: giống như các trạm BTS trong thông tin di ñộng với công suất lớn có thể phủ sóng một vùng rộng tới 8000km2

-Trạm thu: có thể là các anten nhỏ như các Card mạng cắm vào hoặc ñược thiết lập sẵng trên Mainboard bên trong các máy tính, theo cách mà WLAN vẫn dung

Hệ thống WiMax có các ñặc ñiểm chính sau:

-Khoảng cách giữa trạm thu và phát có thể tới 50km

- Tốc ñộ truyền có thể thay ñổi, tối ña 70Mb/s

- Hoạt ñộng trong cả hai môi trường truyền dẫn: ñường truyền tầm nhìn thẳng LOS và ñường truyền che khuất NLOS

- Dải tần làm việc 2-11GHz và từ 0-66GHz hiện ñã và ñang ñược tiêu chuẩn hóa

- Trong WiMax hướng truyền tin ñược chia thành hai ñường lên và xuống ðường lên có tần số thấp hơn ñường xuống và ñều sử dụng công nghệ OFDM ñể truyền

Chương 1: Giới thiệu về OFDM và ứng dụng của OFDM OFDM trong WiMax sử dụng tối ña 2048 sóng mang, trong ñó có 1536 sóng mang dành cho thông tin ñược chia thành 32 kênh con mỗi kênh con tương ñương với 48 sóng mang WiMax sử dụng ñiều chế nhiều mức thích ứng từ BPSK QPSK ñến 256-QAM kết hợp các phương pháp sửa lỗi dữ liệu như ngẫu nhiên hóa, với mã hóa Reed Solomon,mã xoắn tỉ lệ ½ ñến 7/8

- ðộ rộng băng tần của WiMax từ 5MHz ñến trên 20MHz ñược chia thành nhiều băng con 1,75MHz Mỗi băng con này ñược chia nhỏ hơn nữa nhờ công nghệ OFDM, cho phép nhiều thuê bao có thể truy cập ñồng thời một hay nhiều kênh một cách linh hoạt ñể ñảm bảo tối ưu hiệu quả sử dụng băng tần Công nghệ này ñược gọi là công nghệ ña truy nhập OFDMA

- Cho phép sử dụng cả hai công nghệ TDD (time division duplexing) và FDD (frequency division duplexing) cho việc phân chia truyền dẫn của hướng lên (up link)

và hướng xuống (down link) [1]

1.8 Kết luận chương

Ưu ñiểm của hệ thống OFDM:

- Sử dụng phổ tần của kênh truyền một cách hiệu quả do các phổ tần số sóng mang con xen kín và chồng lấp lên nhau Khi số sóng mang con ñủ lớn, phổ tần có dạng gần giống một cửa sổ chữ nhật

- Loại bỏ nhiễu giữa các ký tự (ISI) và nhiễu giữa các sóng mang (ICI) như sử dụng khoảng bảo vệ

- Giải quyết hiệu quả các ảnh hưởng của fading phẳng ña ñường nhờ tốc ñộ ký tự OFDM là thấp, kháng nhiễu băng hẹp rất tốt, bởi vì nhiễu này chỉ ảnh hưởng ñến một

tỉ lệ nhỏ các sóng mang con

- Thực hiện hệ thống OFDM một cách ñơn giản trên miền tần số bằng cách dùng giải thuật FFT và IFFT Máy thu ñơn giản do không cần bộ phận khử ISI và ICI nếu khoảng dự trữ ñủ lớn

Nhược ñiểm của hệ thống OFDM:

- Tỉ số công suất ñỉnh trên công suất trung bình (PAPR: Peak-to-Average Power Ratio) tương ñối lớn Do ñó các bộ phát OFDM ñòi hỏi bộ khuếch ñại công suất với dãi ñộng lớn nhưng hiệu suất sử dụng không cao

- Mất mát hiệu suất sử dụng phổ do chèn khoảng dự trữ

- Phải có sự ñồng bộ chính xác về tần số và thời gian, ñặc biệt là tần số

- Nhạy với hiệu ứng dịch tần Doppler hơn so với hệ thống ñơn sóng mang

- Nhiễu pha (do sự không phối hợp giữa các bộ dao ñộng ở máy phát và máy thu)

có thể ảnh hưởng nhiều ñến chất lượng hệ thống

CHƯƠNG 2

CÁC VẤN ðỀ KỸ THUẬT TRONG HỆ THỐNG OFDM

2.1 Giới thiệu chương

Chương này phần ñầu sẽ giới thiệu về các ñặc tính kênh truyền ảnh hưởng lên hệ

thống OFDM như ảnh hưởng của suy hao ñường truyền, fading, ñộ dịch tần Doppler,

nhiễu trắng AWGN, nhiễu liên ký tự ISI, nhiễu xuyên kênh ICI ðây là các ñặc tính

của kênh truyền mà bất cứ hệ thống vô tuyến nào cũng phụ thuộc trong quá trình

truyền tin

Phần tiếp theo sẽ trình bày các vấn ñề kỹ thuật mà hệ thống OFDM cần giải quyết

ñể có thể hoạt ñộng tốt trong thực tế

2.2 Sự suy hao (Attenuation)

Trong quá trình truyền, tín hiệu vô tuyến sẽ suy hao do khoảng cách xa ðiều này

có thể do các vật cản trên ñường truyền, do môi trường truyền sóng thực tế Phương

trình (2.2.1) cho ta công suất tín hiệu thu ñược khi truyền trong không gian tự do

  (2.2.1)

PR là công suất thu ñược (Watt)

PT là công suất phát (Watt)

GR là ñộ lợi của anten thu

GT là ñộ lợi của anten phát

λlà bước sóng của sóng mang vô tuyến (m)

R là khoảng cách truyền dẫn (m)

2.3 Fading chậm (slow fading) và fading nhanh (fast fading)

Fading chậm gây ra do sự cản trở của các toà nhà và ñịa hình tự nhiên như ñồi núi ðối với các trạm thu, phát, hoặc các vật cản di ñộng sẽ thay ñổi suy hao ñường

truyền do khoảng cách truyền bị thay ñổi Sự thay ñổi trong suy hao ñường truyền xuất

hiện khi khoảng cách lớn (thường từ 10 – 100 lần bước sóng) và phụ thuộc vào kích

thước vật cản gây nên bóng mờ hơn là bước sóng của tín hiệu RF Vì sự thay ñổi này

thường xảy ra chậm nên nó còn ñược gọi là fading chậm

Fading nhanh gây ra do sự tán xạ ña ñường (multipath scatter) ở vùng xung quanh

thiết bị di ñộng Tín hiệu ñi trên những khoảng cách khác nhau của mỗi ñường truyền

này sẽ có thời gian truyền khác nhau Nếu chúng ta truyền một xung RF qua môi

trường ña ñường, thì tại ñầu thu ta sẽ thu ñược tín hiệu như hình 2.1 Mỗi xung tương

ứng với một ñường, cường ñộ phụ thuộc vào suy hao ñường của ñường ñó ðối với tín

hiệu tần số cố ñịnh (chẳng hạn sóng sin), trễ ñường truyền sẽ gây nên sự quay pha của

Chương 2: Các vấn ựề kỹ thuật trong hệ thống OFDM tắn hiệu Mỗi một tắn hiệu ựa ựường sẽ có khoảng cách truyền khác nhau và do ựó có

sự quay pha khác nhau Những tắn hiệu này ựược cộng lại tại bộ thu gây nên nhiễu tăng cường hoặc suy giảm Nhiễu suy giảm là nhiễu khi kết quả cộng tại bộ thu là bé hơn tắn hiệu trực tiếp, còn nhiễu tăng cường là khi tất cả các tắn hiệu có cùng pha và tăng cường lẫn nhau

Hình 2.1: đáp ứng xung thu ựược khi truyền một xung RF

2.4 độ trãi trễ

Tắn hiệu vô tuyến thu ựược từ máy phát bao gồm tắn hiệu trực tiếp và tắn hiệu phản

xạ từ các vật cản như các tòa nhà, ựồi núiẦTắn hiệu phản xạ ựến máy thu chậm hơn so với tắn hiệu trực tiếp do chiều dài truyền lớn hơn Trải trễ là thời gian trễ giữa tắn hiệu

ựi thẳng và tắn hiệu phản xạ cuối cùng ựến ựầu vào máy thu

Trong hệ thống số, trải trễ có thể dẫn ựến nhiễu liên ký tự ISI điều này do tắn hiệu

ựa ựường bị trễ chồng lấn với ký hiệu theo sau, và nó có thể gây ra lỗi nghiêm trọng ở

các hệ thống tốc ựộ bit cao, ựặc biệt là khi sử dụng ghép kênh phân chia theo thời gian TDMA

Hình 2.2: Trãi trễ ựa ựường

Hình 2.2 cho thấy ảnh hưởng của trải trễ gây ra nhiễu liên kí tự Khi tốc ñộ bit truyền ñi tăng lên thì một lượng nhiễu ISI cũng tăng lên một cách ñáng kể Ảnh hưởng thể hiện rõ ràng nhất khi trải trễ lớn hơn khoảng 50% chu kỳ bit (bit time)

Bảng 2.1 ñưa ra các giá trị trải trễ thông dụng ñối với các môi trường khác nhau Trải trễ lớn nhất ở môi trường bên ngoài xấp xỉ là 20µs, do ñó nhiễu liên kí tự có thể xảy ra ñáng kể ở tốc ñộ thấp nhất là 25Kbps

Môi trường Trãi trễ Chênh lệch quảng ñường ñi lớn nhất của tín hiệu Trong nhà 40ns – 200ns 12m – 60m

Bên ngoài 1µs−20µs 300m -6 km

Bảng 2.1: Các giá trị trãi trễ thông dụng với các môi trường khác nhau

Nhiễu ISI có thể ñược tối thiểu hóa bằng nhiều cách:

Giảm tốc ñộ ký tự bằng cách giảm tốc ñộ dữ liệu cho mỗi kênh (như chia băng thông ra nhiều băng con nhỏ hơn sử dụng FDM hay OFDM)

Sử dụng kỹ thuật mã hóa ñể giảm nhiễu ISI như trong CDMA

Khoảng tần số thay ñổi do hiệu ứng Doppler tùy thuộc vào mối quan hệ chuyển

ñộng giữa nguồn phát và nguồn thu và cả tốc ñộ truyền sóng ðộ dịch Doppler có thể ñược tính theo công thức:

c f

f ≈± oν

Trong ñó ∆f là khoảng thay ñổi tần số của tần số tín hiệu tại máy thu

νlà tốc ñộ thay ñổi khác nhau giữa tần số tín hiệu và máy phát

f olà tần số tín hiệu, c là tốc ñộ ánh sáng

Dịch Doppler lại là một vấn ñề nan giải nếu như kỹ thuật truyền sóng lại nhiễu với dịch tần số sóng mang (như OFDM chẳng hạn) hoặc là tốc ñộ tương ñối giữa thu và phát cao như trong trường hợp vệ tinh quay quanh trái ñất quỹ ñạo thấp

2.6 Fading phẳng và fading lựa chọn tần số

Băng thông kết hợp: là một phép ño thống kê của dải tần số mà kênh xem như là

phẳng Nếu trãi trễ thời gian ña ñường là D(s) thì băng thông kết hợp Wc(Hz) xấp xỉ bằng: W c ≈1/2πD

Trong fading phẳng, băng thông kết hợp của kênh lớn hơn phổ tần của tín hiệu Vì vậy, sẽ làm thay ñổi ñều tín hiệu sóng mang trong một dải tần số

Chương 2: Các vấn ñề kỹ thuật trong hệ thống OFDM Trong fading chọn lọc tần số, băng thông kết hợp của kênh nhỏ hơn băng thông của tín hiệu Vì vậy, sẽ làm thay ñổi tín hiệu sóng mang với mức thay ñổi phụ thuộc tần số

2.7 Nhiễu AWGN

Nhiễu trắng cộng có phân bố Gaussian AWGN (Additive White Gaussian Noise)

tồn tại trong tất cả các hệ thống truyền dẫn Các nguồn nhiễu chủ yếu là nhiễu nền nhiệt, nhiễu ñiện từ các bộ khuếch ñại bên thu Các loại nhiễu này có thể gây ra nhiễu liên kí tự ISI, nhiễu liên sóng mang ICI Nhiễu này làm giảm tỉ số tín hiệu trên nhiễu SNR, giảm hiệu quả phổ của hệ thống Và thực tế là tùy thuộc vào từng loại ứng dụng, mức nhiễu và hiệu quả phổ của hệ thống phải ñược lựa chọn

Hầu hết các loại nhiễu trong các hệ thống có thể ñược mô phỏng một cách chính xác bằng nhiễu trắng cộng Hay nói cách khác tạp âm trắng Gaussian là loại nhiễu phổ biến nhất trong hệ thống truyền dẫn Loại nhiễu này có mật ñộ phổ công suất là ñồng

ñều trong cả băng thông và biên ñộ tuân theo phân bố Gaussian Theo phương thức tác ñộng thì nhiễu Gaussian là nhiễu cộng Vậy dạng kênh truyền phổ biến là kênh truyền

chịu tác ñộng của nhiễu Gaussian trắng cộng

Nhiễu nhiệt (sinh ra do sự chuyển ñộng nhiệt của các hạt tải ñiện gây ra) là loại nhiễu tiêu biểu cho nhiễu Gaussian trắng cộng tác ñộng ñến kênh truyền dẫn ðặc biệt, trong hệ thống OFDM, khi số sóng mang phụ là rất lớn thì hầu hết các thành phần nhiễu khác cũng có thể ñược coi là nhiễu Gaussian trắng cộng tác ñộng trên từng kênh con vì xét trên từng kênh con riêng lẻ thì ñặc ñiểm của các loại nhiễu này thỏa mãn các

ñiều kiện của nhiễu Gaussian trắng cộng

2.8 Nhiễu liên ký tự (ISI)

Nhiễu ISI và ICI là hai loại nhiễu thường gặp nhất do ảnh hưởng của kênh truyền ngoài nhiễu Gaussian trắng cộng Như ñã giới thiệu ở trên, ISI gây ra do trải trễ ña

ñường ðể giảm ISI, cách tốt nhất là giảm tốc ñộ dữ liệu Nhưng với nhu cầu hiện nay

là yêu cầu tốc ñộ truyền phải tăng nhanh Do ñó giải pháp này là không thể thực hiện

ñược ðề nghị ñưa ra ñể giảm ISI và ñã ñược ñưa vào ứng dụng thực tế là chèn tiền tố

lặp CP vào mỗi ký tự OFDM Ngoài nhiễu ISI, nhiễu ICI cũng tác ñộng không nhỏ

ñến chất lượng tín hiệu thu ñược, do ñó việc tìm hiểu nó cũng rất quan trọng ñể nâng

cao chất lượng của hệ thống OFDM

Trong môi trường ña ñường, ký tự phát ñến ñầu vào máy thu với các khoảng thời gian khác nhau thông qua nhiều ñường khác nhau Sự mở rộng của chu kỳ ký tự gây ra sự chồng lấn giữa ký tự hiện thời với ký tự trước ñó và kết quả là có nhiễu liên ký tự (ISI) Trong OFDM, ISI thường ñề cập ñến nhiễu của một ký tự OFDM với ký tự trước

ñó.Trong hệ thống OFDM, ñể giảm ñược nhiễu ISI, phương pháp ñơn giản và thông

2.9 Nhiễu xuyên kênh (ICI)

Trong OFDM, phổ của các sóng mang chồng lấn nhưng vẫn trực giao với sóng mang khác ðiều này có nghĩa là tại tần số cực ñại của phổ mỗi sóng mang thì phổ của các sóng mang khác bằng không Máy thu lấy mẫu các ký tự dữ liệu trên các sóng mang riêng lẻ tại ñiểm cực ñại và ñiều chế chúng tránh nhiễu từ các sóng mang khác Nhiễu gây ra bởi các dữ liệu trên sóng mang kế cận ñược xem là nhiễu xuyên kênh (ICI) như

ở hình 2.3

ICI xảy ra khi kênh ña ñường thay ñổi trên thời gian ký tự OFDM Dịch Doppler trên mỗi thành phần ña ñường gây ra dịch tần số trên mỗi sóng mang, kết quả là mất tính trực giao giữa chúng ICI cũng xảy ra khi một ký tự OFDM bị nhiễu ISI Sự lệch tần

số sóng mang của máy phát và máy thu cũng gây ra nhiễu ICI trong hệ thống OFDM

Hình 2.3 Nhiễu xuyên kênh ICI

2.10 Các vấn ñề kỹ thuật trong hệ thống OFDM

Trong chương trước ñã tìm hiểu về hệ thống OFDM cùng với những ñặc tính kênh truyền ñược mô tả trong chương này Có thể nhận xét hệ thống OFDM có hai ñặc ñiểm nổi bật là khả năng chống nhiễu ISI, ICI (InterSymbol Interference, InterCarier Interference) và nâng cao hiệu suất sử dụng phổ, sử dụng OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) còn có các ưu ñiểm là cho phép thông tin tốc ñộ cao

ñược truyền song song với tốc ñộ thấp trên các kênh băng hẹp Các kênh con có thể

coi là các kênh fading không lựa chọn tần số nên có thể dùng các bộ cân bằng ñơn giản trong suốt quá trình nhận thông tin Hệ thống OFDM chống ñược ảnh hưởng của pha-

ñinh lựa chọn tần số và thực hiện ñiều chế tín hiệu ñơn giản, hiệu quả nhờ sử dụng kỹ

thuật biến ñổi Fourier nhanh (Fast Fourier Transform - FFT)

Tuy nhiên ngoài các ưu ñiểm trên có ba vấn ñề kỹ thuật cần phải quan tâm ñối với

hệ thống OFDM ñó là: Khôi phục kênh truyền và cân bằng tín hiệu, ñồng bộ sóng mang, giảm tỷ số công suất ñỉnh trên công suất trung bình

Chương 2: Các vấn ñề kỹ thuật trong hệ thống OFDM

2.10.1 Khôi phục kênh truyền và cân bằng tín hiệu

Hình 2.4: Sơ ñồ hệ thống OFDM tổng quát

Như sơ ñồ hình 2.4 ta thấy tại máy thu ñể có thể khôi phục tín hiệu phát thì hàm truyền của kênh vô tuyến phải ñược khôi phục bằng khối khôi phục kênh truyền Việc thực hiện khôi phục hàm truyền kênh vô tuyến ñược thực hiện thông qua mẫu tin dẫn

ñường (pilot) hoặc kỹ thuật khác không sử dụng mẫu tin dẫn ñường Trong hệ thống

OFDM ngoài nhiễu liên ký tự (ISI) và nhiễu xuyên kênh (ICI) thì nó còn bị ảnh hưởng bởi nhiễu gây ra bởi ñặc tính chọn lọc tần số của kênh truyền ðể bù vào sự méo dạng này, ta cần ñến bộ cân bằng kênh truyền ñược ñặt sau ngõ ra bộ FFT tại phía thu Tín hiệu nhận ñược sau khi giải ñiều chế OFDM ñược chia làm hai luồng tín hiệu Luồng tín hiệu thứ nhất là luồng tín hiệu có ích ñược ñưa ñến bộ cân bằng kênh truyền Luồng tín hiệu thứ hai là mẫu tin dẫn ñường ñược ñưa vào bộ khôi phục kênh truyền Kênh truyền sau khi ñược khôi phục sẽ ñưa vào bộ cân bằng kênh ñể khôi phục lại tín hiệu ban ñầu

Có thể chia các phương pháp khôi phục kênh truyền thành hai nhóm chính ñó là có

sử dụng các mẫu tin dẫn ñường và không sử dụng mẫu tin dẫn ñường (pilot) Phương pháp phổ biến hiện nay là sử dụng tín hiệu Pilot (Pilot-Signal Assisted Modulation- PSAM) Trong phương pháp này, tín hiệu pilot bên phát sử dụng là tín hiệu ñã ñược bên thu biết trước Tại bên thu, so sánh tín hiệu thu ñược với tín hiệu pilot nguyên thuỷ

sẽ cho biết ảnh hưởng của các kênh truyền dẫn ñến tín hiệu phát

Phương pháp sử dụng pilot ban ñầu ñược sử dụng cho các hệ thống có áp dụng kỹ thuật ñiều chế-mã hoá (Trellis Coded-Modulation - TCM) Sau ñó, phương pháp này

ñược phát triển ñể áp dụng cho các kỹ thuật khác như QAM, PSK không mã hoá,

Kết luận quan trọng ñược rút ra từ các nghiên cứu này là việc thực hiện PSAM ñể ước lượng kênh sẽ giúp hệ thống ñạt ñược chỉ tiêu tốt hơn so với nếu không sử dụng ước

trường hợp ñộ dịch tần Doppler lớn nhất, bộ ước lượng này sẽ hoạt ñộng tốt với ñộ dịch tần Doppler thực tế nhỏ hơn giá trị lớn nhất này

Trong hệ thống truyền dẫn OFDM thì biên ñộ và pha tín hiệu sẽ bị méo do ñặc tính phân tán của kênh Tính chất này gây ra ISI cho ký hiệu thu, tuy nhiên có thể khôi phục những tín hiệu như vậy nếu chúng bị méo tuyến tính bằng cách dùng một bộ cân bằng Bộ cân bằng có thể là bộ lọc FIR/IIR tuyến tính hay bộ lọc không tuyến tính hay

là các bộ cân bằng Bộ lọc FIR tuyến tính như ZF (Zero-forcing), MMSE [1][2]

2.10.2 ðồng bộ sóng mang

Một trong những hạn chế của hệ thống sử dụng OFDM là khả năng dễ bị ảnh hưởng bởi lỗi do ñồng bộ, ñặc biệt là ñồng bộ tần số do làm mất tính trực giao của các sóng mang nhánh Trong hệ thống OFDM, người ta thường xét ñến ba loại ñồng bộ:

ñồng bộ ký tự, ñồng bộ tần số sóng mang và ñồng bộ tần số lấy mẫu Phần này sẽ lần

lượt ñiểm qua các loại lỗi ñồng bộ tương ứng

ðồng bộ ký tự: nhiệm vụ của việc ñồng bộ ký tự là phải xác ñịnh ñược thời ñiểm

ký tự bắt ñầu ðây là một trong những vấn ñề ñược quan tâm nghiên cứu rộng rãi Hiện nay, với việc sử dụng tiền tố lặp CP (Cyclic Prefix), thực hiện ñồng bộ ký tự ñã trở nên dễ dàng hơn nhiều Khi mất ñồng bộ ký tự ở ñầu thu sẽ gây ra nhiễu ISI Trong

ñó hai nguyên nhân chính dẫn ñến lỗi ñồng bộ ký tự là lỗi thời gian và nhiễu pha sóng

mang

ðồng bộ tần số lấy mẫu: Tại bên thu, tín hiệu thu liên tục ñược lấy mẫu theo ñồng

hồ máy thu Sự chênh lệch nhịp ñồng hồ giữa máy phát và máy thu gây ra xoay pha, suy hao thành phần tín hiệu có ích, tạo ra xuyên nhiễu kênh ICI ðể khắc phục vấn ñề này, giải pháp thứ nhất là sử dụng thuật toán ñiều khiển bộ dao ñộng ñiều chỉnh bởi

ñiện áp VCO; giải pháp thứ hai là thực hiện xử lý số ñể ñộng bộ tần số lấy mẫu trong

khi giữ cố ñịnh tần số lấy mẫu

ðồng bộ tần số sóng mang: ðồng bộ tần số là vấn ñề quyết ñịnh ñối với hệ thống

thông tin ña sóng mang Nếu việc thực hiện ñồng bộ không bảo ñảm, hiệu suất của hệ thống cũng như ưu ñiểm của hệ thống này so với hệ thống thông tin ñơn sóng mang giảm ñi ñáng kể Có hai vấn ñề chính cần ñược quan tâm ñối với ñồng bộ tần số sóng mang ñó là: lỗi tần số và thực hiện ước lượng tần số Cũng như ñồng bộ ký tự, có thể chia các giải pháp ước lượng tần số sóng mang thành các loại: dựa vào tín hiệu pilot, dựa vào CP.[2]

2.10.3 Giảm tỷ số công suất ñỉnh trên công suất trung bình

Vấn ñề thứ ba ñược nhắc ñến và cũng là vấn ñề chính của ñề tài này ñó là tỷ số công suất ñỉnh trên công suất trung bình (Peak-to Average Power Ratio) lớn, hạn chế hoạt ñộng của bộ khuyếch ñại công suất Nguyên nhân vì sao cần phải giảm PAPR, khái niệm, và các phương pháp cụ thể ñể giảm PAPR sẽ ñược trình bày chi tiết trong chương sau

Chương 2: Các vấn ñề kỹ thuật trong hệ thống OFDM

2.11 Kết luận chương

Sau khi tìm hiểu về các ñặc tính của kênh truyền vô tuyến và ảnh hưởng của chúng

ñến việc truyền dẫn nhận thấy rằng hệ thống OFDM có khả năng chống nhiễu ISI, ICI

(InterSymbol Interference, InterCarier Interference) Các kênh con có thể coi là các kênh fading không lựa chọn tần số nên có thể dùng các bộ cân bằng ñơn giản trong suốt quá trình nhận thông tin Hệ thống OFDM chống ñược ảnh hưởng của pha-ñinh lựa chọn tần số và thực hiện ñiều chế tín hiệu ñơn giản, hiệu quả nhờ sử dụng kỹ thuật biến ñổi Fourier nhanh

Nhưng ngoài những thuận lợi ñã kể thì hệ thống OFDM cũng cần phải khắc phục

ba vấn ñề kỹ thuật Trong ñó hai vấn ñề khôi phục kênh truyền và cân bằng tín hiệu,

ñồng bộ sóng mang ñã ñược trình bày sơ lược Vấn ñề thứ ba và cũng là mục tiêu

nghiên cứu của ñề tài ñó là giảm tỷ số công suất ñỉnh trên công suất trung bình sẽ ñược trình bày chi tiết trong chương ba

CHƯƠNG 3

CÁC PHƯƠNG PHÁP GIẢM PAPR TRONG HỆ THỐNG OFDM

3.1 Giới thiệu chương

Như ñã trình bày trong hai chương trước Kỹ thuật OFDM có nhiều lợi thế như hiệu suất phổ cao, không ảnh hưởng bởi nhiễu xuyên ký tự (ISI) và nhiễu xuyên kênh (ICI)

Nhưng một trong những hạn chế lớn của hệ thống OFDM ñó là tỷ số công suất

ñỉnh trên công suất trung bình PAPR (Peak-to-Average Power Ratio) cao Nguyên

nhân của vấn ñề này là trong miền thời gian một tín hiệu ña sóng mang là tổng của các tín hiệu băng hẹp của các sóng mang con Ở một số thời ñiểm giá trị tổng này là lớn,

và ở thời ñiểm khác nó lại nhỏ Có nghĩa là giá trị ñỉnh của tín hiệu là lớn so với giá trị trung bình Giá trị PAPR cao sẽ làm giảm hiệu quả của hệ thống do giới hạn hoạt

ñộng của bộ khuếch ñại công suất ðể nâng cao hoạt ñộng của bộ khuếch ñại công suất

RF là một vấn ñề tốn kém do nó là một trong những bộ phận ñắt tiền nhất trong máy phát vô tuyến Trong chương này sẽ trình khái niệm, và các phương pháp giảm PAPR trong hệ thống OFDM

3.2 Khái niệm PAPR

ðịnh nghĩa:

PAPR ñược ñịnh nghĩa là tỉ số công suất ñỉnh tức thời trên công suất ñỉnh trung bình của mỗi ký tự ña sóng mang ðược biểu diễn thông qua các công thức toán học sau:

s

2 0<T<T

2 0

1

=+

Hệ thống ñiều chế pha M mức(M-PSK) : do các ký tự trong không gian tín hiệu chỉ khác nhau về pha trong khi ñộ lớn bằng nhau nên PAPR=1 PAPR quá lớn sẽ tạo ra nhiều bất lợi như làm tăng ñộ phức tạp của bộ biến ñổi D/A, A/D và làm giảm hiệu quả của bộ khuếch ñại công suất cao tần

Chương 3: Các phương pháp giảm PAPR trong hệ thống OFDM Xét bộ khuếch ñại có thực hiện tuyến tính hóa, và gọi µmax là hiệu suất cực ñại của

bộ khuếch ñại, quan hệ giữa hiệu suất bộ khuếch ñại µ µ, max và PAPR ñược mô tả như sau:

3.3 Hàm phân bố tích lũy bù CCDF

Hàm phân bố tích lũy CDF (Cumulative Distribution Fuction) của PAPR là hàm ñược sử dụng nhiều nhất ñể ño lường chất lượng của các kỹ thuật giảm PAPR Hàm phân bố tích lũy

bù CCDF (Complementary Cumulative Distribution Fuction ) là hàm bù của hàm CDF ñược

sử dụng ñể thay thế cho CDF ñánh giá PAPR CCDF của PAPR ñược ñịnh nghĩa là xác suất

mà PAPR của một khối dữ liệu vượt quá một giá trị giới hạn ñịnh trước

Giả sử các ký tự thông tin là ngẫu nhiên và ñộc lập với nhau Với số lượng sóng mang ñủ lớn, có thể áp dụng ñịnh luật giới hạn trung tâm ñể xấp xỉ các mẫu tín hiệu trong miền thời gian của một kí tự OFDM có dạng phân bố Gauss phức với phần thực

và phần ảo có kỳ vọng bằng 0, phương sai 2

Hàm cho theo công thức (3.4.5) ñược gọi là hàm phân bố tích lũy bù CCDF Là hàm xác suất ñể PAPR lớn hơn một giá trị PAPR0 nào ñó

3.4 Giới thiệu tổng quan các phương pháp giảm PAPR

Có nhiều phương phương pháp giảm PAPR Sau ñây là sơ ñồ phân loại tổng quát các phương pháp giảm PAPR trong hệ thống OFDM.[4]

Có thể chia các phương pháp giảm PAPR thành hai nhóm chính Nhóm thứ nhất bao gồm các phương pháp gây méo dạng tín hiệu, nhóm này sử dụng các kỹ thuật làm thay ñổi dạng của tín hiệu ñể giảm các ñỉnh cao Nhóm thứ hai là các kỹ thuật xáo trộn tín hiệu, nhóm này có nhiều phương pháp ñược ñề xuất và có thể chia chúng ra thành hai nhóm nhỏ Nhóm nhỏ thứ nhất là các phương pháp xáo trộn không sử dụng thông tin biên, nhóm thứ hai là các phương pháp xáo trộn có sử dụng thông tin biên Sơ ñồ trong hình 3.1 cho ta một cái nhìn tổng quát sự phân loại của các phương pháp giảm PAPR

Hình 3.1: Sơ ñồ tổng quát các phương pháp giảm PAPR

3.5 Kỹ thuật làm biến dạng tín hiệu

Kỹ thuật làm biến dạng tín hiệu giảm trực tiếp các ñỉnh cao bằng cách gây méo tín hiệu trước khi tín hiệu tới bộ khuếch ñại Nhưng các kỹ thuật này có một bất lợi ñó là gây bức xạ ngoài băng OBR (Out of Band Radiation) và nhiễu trong băng không mong

muốn nên làm giảm hiệu năng của hệ thống

3.5.1 Cắt biên ñộ (Amplitude Clipping)

Phương pháp ñơn giản nhất ñể giảm PAPR ñó là cắt biên ñộ Biên ñộ ñỉnh của tín hiệu sẽ ñược giới hạn ở một mức ngưỡng cho phép Khi tín hiệu vượt quá mức ngưỡng này sẽ bị cắt Mức ngưỡng này ñược xác ñịnh bằng ñặc tuyến của bộ khuếch ñại Sau

ñây là biểu thức mô tả quy luật cắt biên ñộ:

( )

( ), ( )( )

Chương 3: Các phương pháp giảm PAPR trong hệ thống OFDM

3.5.2 Cửa sổ ñỉnh (Peak Windowing)

Ý tưởng của phương pháp cửa sổ ñỉnh ñó là nhân ñỉnh lớn của tín hiệu với của sổ không phải hình chữ nhật Chẳng hạn như là cửa sổ dạng Gauss, Cosin, Keiser và cửa

sổ Hamming Khi tín hiệu OFDM nhân với các cửa sổ này thì phổ kết quả là tích chập của phổ OFDM ban ñầu với phổ của các cửa sổ ðể giảm thiểu nhiễu ngoài băng thì

ñiều kiện lý tưởng là các cửa sổ nên càng hẹp càng tốt Mặt khác các cửa sổ không

nên quá dài trong miền thời gian nếu không nhiều mẫu tín hiệu sẽ bị ảnh hưởng dẫn

ñến gia tăng BER Với phương pháp cửa sổ, PAPR có thể ñược giảm xuống khoảng

4dB, ñộc lập với số lượng sóng mang con Những mất mát của tỷ số tín hiệu trên nhiễu SNR gây ra bởi biến dạng tín hiệu ñược giới hạn khoảng 0.3dB

Phương pháp này dường như chỉ phù hợp với lược ñồ ñiều chế PSK Nơi mà tất cả các ñường bao của các sóng mang con là bằng nhau Khi hệ thống OFDM thực hiện lược ñồ ñiều chế QAM tỷ lệ ñường bao của sóng mang sẽ gây ra suy giảm nghiêm trọng giá trị BER ðể giới hạn sự suy giảm giá trị BER, ñộ lớn ñường bao của thông tin cũng cần phải dự trữ khi số sóng mang lớn

3.5.3 Chia tỷ lệ ñường bao (Envelope Scaling)

Trong bài báo của Foomoolijareon và Fernando [6] có ñề xuất một phương pháp

ñể giảm PAPR Ý tưởng của phương pháp này dựa trên cơ sở là tất cả các ñường bao

của các sóng mang con là bằng nhau khi ta sử dụng kỹ thuật ñiều chế PSK Chia dữ liệu ngõ vào thành các nhóm sau ñó nhân mỗi nhóm với hệ số sẽ làm thay ñổi ñường bao của các sóng mang con trong nhóm, hệ số này nằm trong khoảng (0,1] Thay ñổi

hệ số cho từng nhóm sau ñó so sánh giá trị PAPR ngỏ ra của từng trường hợp, trường hợp nào cho PAPR nhỏ nhất sẽ ñược gởi tới hệ thống