tổng quan về kỹ thuật mimo-ofdm và hệ thống thông tin di động

Song song vớitừng thế hệ là các giải pháp mới được đưa ra như: FDMA, TDMA, CDMA, OFDM,MIMO…Mỗi giải pháp mới đều có những ưu điểm hơn giải pháp cũ nhưng đềuđược phát triển theo xu hướng

MỤC LỤC.

THUẬT NGỮ VIẾT TẮT.

DANH MỤC HÌNH VẼ.

LỜI NÓI ĐẦU.

Chương 1 x

TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT MIMO-OFDM VÀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG x

1.1 Giới thiệu x

1.2 Sơ lược về lịch sử phát triển trong thông tin di động x

1.2.1 Giới thiệu chung x

1.2.2 Những tồn tại khó khăn về kỹ thuật trong lĩnh vực thông tin di động xii

1.3 Môi trường vô tuyến trong thông tin di động xiii

1.3.1 Méo biên độ xiv

1.3.1.1 Mô hình fading Rayleigh xiv

1.3.1.2 Mô hình fading Rician xv

1.3.1.3 Thống kê của fading xvi

1.3.2 Suy hao đường truyền xvii

1.3.3 Trải trễ trong hiện tượng đa đường xix

1.3.4 Tạp âm trắng Gauss xix

1.3.5 Hiện tượng Doppler xx

1.4 Tổng quan về kỹ thuật MIMO-OFDM xxi

1.4.1 Định nghĩa và khái niệm xxi

1.4.2 Kỹ thuật MIMO-OFDM xxii

1.5 Kết luận chương xxiii

Chương 2 xxiv

KỸ THUẬT OFDM xxiv

2.1 Giới thiệu xxiv

2.2 Khái niệm chung xxv

2.2.1 Hệ thống đơn sóng mang xxv

2.2.2 Hệ thống đa sóng mang xxvi

2.2.3 Tín hiệu trực giao xxvii

2.3 Sơ đồ hệ thống OFDM băng cơ sở xxviii

2.4 Cơ sở toán học xxix

2.4.1 Trực giao xxix

2.4.2 IFFT/FFT xxx

2.5 Các kỹ thuật cơ bản trong OFDM xxx

2.5.1 Sơ đồ điều chế/Giải điều chế xxx

2.5.2 Mã hoá kênh xxxii

2.5.3 Sắp xếp xxxiii

2.5.4 Kỹ thuật IFFT/FFT trong OFDM xxxiv

2.5.5 Tiền tố lặp CP xxxvi

2.5.6 Ước lượng kênh xxxviii

2.5.6.1 Khái niệm xxxviii

2.5.6.2 Ước lượng kênh trong miền tần số xl 2.5.6.3 Ước lượng kênh trong miền thời gian xli 2.6 So sánh độ phức tạp giữa kỹ thuật OFDM với điều chế đơn sóng mang xliii 2.7 Kết luận chương xliv Chương 3 45

KỸ THUẬT MIMO 45

3.1 Giới thiệu 45

3.1.1 Ưu điểm của kỹ thuật MIMO 45

3.1.2 Khuyết điểm của hệ thống MIMO 46

3.2 Dung lượng kênh truyền của hệ thống MIMO 46

3.3 Sơ lược phân tập 46

3.3.1 Phân tập thời gian 47

3.3.2 Phân tập tần số 47

3.3.3 Phân tập không gian 48

3.3.4 Các phương pháp kết hợp phân tập 49

3.3.4.1 Bộ tổ hợp theo kiểu quét và lựa chọn (SC) 49

3.3.4.2 Bộ tổ hợp cùng độ lợi (EGC) 50

3.3.4.3 Bộ tổ hợp với tỉ số tối đa (MRC) 51

3.4 Mã hóa không gian_thời gian 53

3.4.1 Mã hóa khối không gian thời gian (Space time block Codes) 54

3.4.1.1 Mã hóa Alamouti 55

3.4.1.2 Orthogonal STBC Tarokh cho số anten phát bất kỳ 56

3.5 Kết luận chương 59

Chương 4 60

KỸ THUẬT MIMO-OFDM 60

4.1 Giới thiệu 60

4.2 Mô tả tổng quan về hệ thống MIMO_OFDM 60

4.2.1 MIMO-OFDM Tx 61

4.2.2 MIMO_OFDM Rx 61

4.2.3 Cấu trúc của khung (frame) của hệ thống MIMO-OFDM 62

4.3 Phân tích hệ thống MIMO-OFDM 63

4.3.1 Mô hình hệ thống MIMO-OFDM 63

4.3.2 Space-Time Block-Coded OFDM 64

4.3.2.1 Hệ thống STBC-OFDM 64

4.3.2.2 Bộ phát STBC-OFDM 65

4.3.2.3 Bộ thu STBC-OFDM 66

4.4 Kết luận chương 69

Chương 5 70

MÔ PHỎNG HỆ THỐNG MIMO-OFDM VÀ ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG HỆ THỐNG 70

5.1 Giới thiệu nội dung mô phỏng 70

5.2 Các thông số mô phỏng 70

5.2.1 Hệ thống OFDM 70

5.2.2 Hệ thống MIMO-OFDM 71

5.2.3 Thông số kênh truyền 71

5.3 Lưu đồ và sơ đồ thuật toán của chương trình mô phỏng 72

5.3.1 Truyền tín hiệu 72

5.3.2 Kênh truyền 72

5.3.3 Nhận tín hiệu 73

5.3.4 Thuật toán tính BER 74

5.4 Kết quả mô phỏng và đánh giá 75

5.5 Kết luận chương 78

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 79

TÀI LIỆU THAM KHẢO 80 PHỤ LỤC.

THUẬT NGỮ VIẾT TẮT.

A AMPS Advance Mobile Phone Service

AWGN Addition White Gaussian Noise

B

BLAST Bell labs Layered Space Time

C CDMA Code Division Multiple Access

D DFT Discrete Fourier Transform

E

F FDMA Frequency Division Multiple Access

G GSM Global System For Mobile Communication

I IS-95 Interim Standard 95

IS-136 Interim Standard 136

IDFT Inverse Discrete Fourier Transform

IFFT Inverse Fast Fourier Transform

ICI InterChannel Interference

M

MIMO Multi Input Multi Output

N NMT450 Nordic Mobile Telephone 450

NTT Nipon Telegraph and Telephone

O OFDM Orthogonal Frequency Division Multiplexing

P PDC Personal Digital Cell

PAPR Peak to Average Power Ratio

PSAM Pilot Signal Assisted Modulation

STTC Space Time Trellis Coding

T TACS Total Access Communication System

TDMA Time Division Multiple Access

W

WIMAX World Interoperability Microwave Access

DANH MỤC HÌNH VẼ.

Hình 1.1: Hàm pdf theo phân bố Rayleigh xv

Hình 1.3: Mô hình hiện tượng Doppler xx

Hình 1.4: Mô hình tổng quát hệ thống MIMO-OFDM xxiii

Hình 2.1: Sơ đồ chung của hệ thống đơn sóng mang xxvi

Hình 2.2: Sơ đồ hệ thống đa sóng mang xxvi

Hình 2.3a: Bốn sóng mang trực giao nhau xxvii

Hình 2.3b: Phổ của 4 sóng mang trực giao xxvii

Hình 2.4a: Kỹ thuật đa sóng mang xxviii

Hình 2.4b: Kỹ thuật ghép kênh phân chia theo tần số trực giao xxviii

Hình 2.5: Sơ đồ hệ thống OFDM xxviii

Hình 2.6: Chùm tín hiệu M_QAM xxxii

Hình 2.7: Tiền tố lặp (CP) trong OFDM xxxvii

Hình 2.8: Đáp ứng xung của kênh truyền trong môi trường truyền đa đường .xxxvii

Hình 2.9: Tín hiệu Pilot trong miền thời gian và tần số xxxix

Hình 2.10: Tín hiệu pilot trong miền tần số xl Hình 3.1: Mô hình một hệ thống MIMO tiêu biểu 45

Hình 3.2: Mô hình phân tập không gian 48

Hình 3.3: Mô hình bộ tổ hợp kiểu lựa chọn 50

Hình 3.4: Bộ tổ hợp kiểu quét 50

Hình 3.5: Phương pháp kết hợp tỉ số cực đại 51

Hình 3.6: Phương pháp tỉ số cực đại với 1Tx và 2Rx 52

Hình 3.7: Sơ đồ mã hoá Alamouti 55

Hình 3.8: Sơ đồ giải mã của hệ thống STBC 57

Hình 4.1: Sơ đồ phát và thu của hệ thống MIMO-OFDM 60

Hình 4.2: Sơ đồ khối của bộ phát của hệ thống MIMO_OFDM 61

Hình 4.3: Sơ đồ khối của bộ thu của hệ thống MIMO_OFDM 61

Hình 4.4: Cấu trúc khung dữ liệu MIMO-OFDM 62

Hình 4.5: Mô hình hệ thống STBC-OFDM 2x2 64

LỜI NÓI ĐẦU

Mạng thông tin di động có những ưu điểm mà mạng có dây không có đượcnhư: tính lưu động, những nơi có địa hình phức tạp, trong không gian v v Vì vậycon người không ngừng nghiên cứu để cải tiến mạng di động từng ngày, từ mạng2G lên 2,5G; 3G; 4G; xây dựng các mô hình mạng WIFI, WIMAX Song song vớitừng thế hệ là các giải pháp mới được đưa ra như: FDMA, TDMA, CDMA, OFDM,MIMO…Mỗi giải pháp mới đều có những ưu điểm hơn giải pháp cũ nhưng đềuđược phát triển theo xu hướng sau: nâng cao tốc độ dữ liệu, nâng cao chất lượng tínhiệu, mở rộng băng thông, chất lượng dịch vụ…

Trong đó OFDM và MIMO là hai kỹ thuật mới nhất đang được đưa vào thửnghiệm và tiếp tục nghiên cứu trong hiện tại và tương lai OFDM là kỹ thuật ghépkênh phân chia theo tần số trực giao, MIMO là kỹ thuật sử dụng nhiều anten đểtruyền và nhận dữ liệu OFDM thì đã được đưa vào ứng dụng trong thực tế như:truyền hình số, phát thanh số, truyền hình vệ tinh và đã đem lại những hiệu quảđáng kể Còn MIMO là một kỹ thuật mới nên vẫn còn đang trong quá trình thửnghiệm và nghiên cứu

Tuy nhiên, hiện nay người ta đã kết hợp hai kỹ thuật MIMO và OFDM vàomột số mô hình như là WiMax, VoWifi trong các tiêu chuẩn 802.16, 802.11n, đãđem lại các kết quả cao trong thực tế

Nội dung đồ án này trình bày tổng quan về hệ thống MIMO-OFDM, trong đó sẽ tậptrung vào mô hình STBC-OFDM

Nội dung đồ án chia làm 5 chương:

Chương 1: Tổng quan về kỹ thuật MIMO-OFDM và hệ thống thông tin di động.Chương 2: Kỹ thuật OFDM

Chương 3: Kỹ thuật MIMO

Chương 4: Kỹ thuật MIMO-OFDM

Chương 5: Mô phỏng hệ thống MIMO-OFDM và đánh giá chất lượng hệ thống

Để đánh giá chất lượng của các hệ thống, trong đồ án đã đi sâu phân tíchtừng thành phần của các kỹ thuật, tổng hợp các lí thuyết và các bài báo cáo khoahọc về đề tài liên quan Sau cùng là thực hiện mô phỏng với các thông số về hệthống, môi trường truyền gần thực tế nhất để kiểm định lại phần lí thuyết cũng như

so sánh chất lượng giữa các hệ thống

Trong quá trình làm đồ án, mặc dù đã rất cố gắng nhưng cũng không thểtránh được sai sót, em mong nhận được sự chỉ dẫn của các thầy cô

Em xin chân thành cảm ơn thầy Đào Minh Hưng, người trực tiếp hướng dẫn

em hoàn thành đề tài này

Xin gửi lời cảm ơn đến thầy cô trong khoa, anh chị khóa trên, bạn bè đã hỗtrợ tài liệu, động viên để em thực hiện tốt đồ án này

Sinh viên thực hiện

Tống Xuân Nghĩa

1.2 Sơ lược về lịch sử phát triển trong thông tin di động.

1.2.1 Giới thiệu chung.

Thông tin di động thế hệ thứ nhất được phát triển vào những năm cuối thậpniên 70, sử dụng công nghệ đa truy cập phân chia theo tần số FDMA (FrequencyDivision Multiplex Access) Điển hình cho thế hệ này là một số hệ thống như:

AMPS (Advance Mobile Phone Service): Dịch vụ điện thoại di động tiêntiến

TACS (Total Access Communication System): Hệ thống thông tin truy nhậptoàn bộ

NMT 450 (Nordic Mobile Telephone 450): Hệ thống điện thoại di động Bắc

Âu băng tần 450 Mhz

NMT 900: Hệ thống điện thoại di động Bắc Âu băng tần 900Mhz

NTT (Nipon Telegraph and Telephone): Do Nhật Bản nghiên cứu và sửdụng

Một số đặc điểm của thế hệ này là: dung lượng thấp, số lượng dịch vụ khôngnhiều, chất lượng kém, chỉ cung cấp dịch vụ thoại …

Thông tin di động thế hệ 2 sử dụng kỹ thuật số với các công nghệ đa truy cậpphân chia theo thời gian TDMA (Time Division Multiple Access) và phân chia theo

mã CDMA (Code Division Multiple Access) Hai thông số quan trọng đặc trưngcho các hệ thống thông tin di động số là tốc độ bit thông tin của người sử dụng vàtính di động Một số hệ thống thông tin di động thế hệ hai điển hình như:

GSM (Global System For Mobile Communication): Hệ thống thông tin diđộng toàn cầu.

IS-95 (Interim Standard 95): Tiêu chuẩn thông tin di động CDMA của Mĩ doQualcomm đề xuất

IS-136 (Interim Standard 136): Tiêu chuẩn thông tin di dộng TDMA cải tiếncủa Mĩ do AT&T đề xuất

PDC (Personal Digital Cell ): Hệ thống tổ ong cá nhân của Nhật Bản

Đây là các hệ thống thông tin di động băng hẹp với tốc độ bit thông tin củangười sử dụng là 8-13Kbps Chúng có những phát triển rất mạnh vào những năm

1990 Tuy nhiên số thuê bao di động không ngừng tăng cộng với nhu cầu về dịch vụmới, đặc biệt là các dịch vụ truyền số liệu, roaming, các yêu cầu về chất lượng cuộcgọi …đã đòi hỏi các nhà thiết kế phải đưa ra các hệ thống thông tin di động mới

Trong bối cảnh đó ITU đưa ra đề án tiêu chuẩn hóa thông tin di động thế hệthứ ba với tên gọi IMT-2000 nhằm nâng cao tốc độ truy nhập, mở rộng nhiều loạihình dịch vụ, đồng thời tương thích với các hệ thống thông tin di động hiện có đểđảm bảo sự phát triển liên tục của thông tin di động Nhiều tiêu chuẩn cho IMT-

2000 đã được đề xuất, trong đó hai hệ thống WCDMA và CDMA-2000 đã đượcITU chấp nhận và đưa vào hoạt động trong những năm đầu của thập kỉ 2000 Các

hệ thống này đều sử dụng công nghệ CDMA Điều này cho phép thực hiện tiêuchuẩn toàn thế giới cho giao diện vô tuyến của hệ thống thông tin di động thế hệ thứ3

WCDMA là sự phát triển tiếp theo của các hệ thống thông tin di động thế hệthứ hai sử dụng công nghệ TDMA như: GSM, PDC, IS-136 CDMA-2000 sẽ là sựphát triển tiếp theo của hệ thống thông tin di động thế hệ 2 sử dụng công nghệCDMA IS-95

Nhưng không dễ để phát triển từ thế hệ hai sang thế hệ ba do các vấn đề kỹthuật giữa hai thế hệ có những điểm khác nhau Thế giới có xu hướng quá độ lên thế

hệ 2.5 trước khi triển khai thế hệ 3 Các dịch vụ mạng mới và cải thiện các dịch vụliên quan đến truyền số liệu như nén số liệu người sử dụng, số liệu chuyển mạchkênh tốc độ cao, dịch vụ vô tuyến gói đa năng và số liệu 144 Kbps.

Thông tin di động thế hệ thứ ba là thế hệ thông tin di động cho các dịch vụtruyền thông cá nhân đa phương tiện Một số yêu cầu chung đối với hệ thống thôngtin di động thế hệ thứ 3:

• Mạng phải là băng rộng và có khả năng truyền thông đa phương tiện.Nghĩa là mạng phải đảm bảo được tốc độ bit của người sử dụng đến2Mbps

• Mạng phải có khả năng cung cấp độ rộng băng tần theo yêu cầu Điềunày xuất phát từ việc thay đổi tốc độ bit của các dịch vụ khác nhau.Ngoài ra cần đảm bảo đường truyền vô tuyến không đối xứng: tốc độbit cao ở đường xuống và tốc độ bit thấp ở đường lên

• Mạng phải cung cấp thời gian truyền dẫn theo yêu cầu Nghĩa là phảiđảm bảo các kết nối chuyển mạch cho thoại, các dịch vụ video và cáckhả năng số hóa các dịch vụ số liệu

• Chất lượng dịch vụ phải không thua kém chất lượng dịch vụ mạng cốđịnh nhất là đối với thoại

• Mạng phải có khả năng sử dụng toàn cầu, nghĩa là bao gồm cả thôngtin vệ tinh

Để đạt được những yêu cầu này phải kể đến những kỹ thuật đã góp phần giảiquyết những vấn đề đó trong lĩnh vực thông tin di động: sự hạn chế về dung lượng

hệ thống, tốc độ truyền dữ liệu của người dùng, chất lượng dịch vụ, tuổi thọ của pintrong các thiết bị di động…

1.2.2 Những tồn tại khó khăn về kỹ thuật trong lĩnh vực thông tin di động.

Dung lượng trong các hệ thống thông tin di động thế hệ 1 và 2 bị hạn chếnhiều do sử dụng các kỹ thuật đa truy cập FDMA, TDMA hoặc CDMA Các kỹ

thuật này xác định người dùng bằng việc cấp phát một tần số hoặc một khe thờigian hoặc một mã trải phổ duy nhất khi họ đăng nhập vào hệ thống Nhưng phổ tầndành cho thông tin di động thì có hạn CDMA cũng làm tăng dung lượng hệ thốngđáng kể nhưng nó lại dẫn đến sự gia tăng nhiễu đồng kênh và nhiễu xuyên kênh domật độ phân bố cao của người dùng trong một cell Do đó dung lượng hệ thốngkhông cao.

Bên cạnh đó chất lượng dịch vụ của người dùng cũng giảm do fading vànhiễu đồng kênh, nhiễu xuyên kênh khi họ di chuyển Các hệ thống thông tin diđộng thế hệ ba sẽ cung cấp nhiều loại hình dịch vụ bao gồm các dịch vụ thoại và sốliệu tốc độ thấp hiện nay cho đến các dịch vụ số liệu tốc độ cao, video và truyềnthanh Tốc độ cực đại của người sử dụng sẽ lên đến 2MHz Nhưng tốc độ cực đạinày chỉ có trong các ô pico trong nhà, còn các dịch vụ với tốc độ 14.4Kbps sẽ đượcđảm bảo cho di động thông thường ở các ô macro

Những khó khăn trên sẽ được khắc phục bởi kỹ thuật MIMO_OFDM.Trong

đồ án này sẽ tập trung trình bày kỹ thuật này

1.3 Môi trường vô tuyến trong thông tin di động.

Trong một kênh vô tuyến lý tưởng, tín hiệu thu được chỉ bao gồm một tínhiệu đến trực tiếp và sẽ là bản thu được hoàn hảo của tín hiệu khác Tuy nhiên,trong một kênh thực tế, tín hiệu bị thay đổi trong suốt quá trình truyền, tín hiệunhận được sẽ là sự tổng hợp của các thành phần bị suy giảm, thành phần phản xạ,khúc xạ, nhiễu xạ của tín hiệu khác Quan trọng nhất là kênh truyền sẽ cộng nhiễuvào tín hiệu và có thể gây ra sự dịch tần số sóng mang nếu máy phát hoặc thu dichuyển (hiệu ứng Doppler) Chất lượng của hệ thống vô tuyến phụ thuộc vào cácđặc tính kênh truyền Do đó, hiểu biết về các ảnh hưởng của kênh truyền lên tínhiệu là vấn đề rất quan trọng

Kênh truyền tín hiệu OFDM là môi trường truyền sóng điện từ giữa máyphát và máy thu Trong quá trình truyền, kênh truyền chịu ảnh hưởng của các loạinhiễu như: nhiễu Gauss trắng cộng, Fading phẳng, Fading chọn lọc tần số, Fading

nhiều tia…Trong kênh truyền vô tuyến thì tác động của tạp âm bên ngoài và nhiễugiao thoa là rất lớn Kênh truyền vô tuyến là môi trường truyền đa đường và chịuảnh hưởng đáng kể của Fading nhiều tia, Fading lựa chọn tần số

Sự phản xạ: xuất hiện khi sóng điện từ được truyền đi, va đập trên một vật cóchiều dài rất lớn so với bước sóng của sóng điện từ Phản xạ xuất hiện từ mặt đất,các tòa cao ốc…

Sự nhiễu xạ: xuất hiện khi đường truyền vô tuyến giữa bộ phát và bộ thu bịmột bề mặt có cạnh nhọn chặn lại, những sóng phụ do vật cản tạo ra ở khắp nơi

Ở tần số cao, nhiễu xạ cũng như phản xạ phụ thuộc vào dạng hình học củavật thể, biên độ, pha và sự phân cực của sóng tới tại điểm nhiễu xạ Mặc dù cường

độ trường giảm nhanh khi bộ thu đi vào vùng chắn (vùng tối), cường độ nhiễu xạcũng có và thường là đáng kể để tạo tín hiệu có ích

Sự tán xạ: xuất hiện khi sóng lan truyền qua môi trường mà độ dài của cácvật thể là nhỏ so với bước sóng và số vật cản trên đơn vị thể tích môi trường là rấtlớn Các bề mặt nhấp nhô, những vật thể nhỏ, sự thay đổi bất thường của kênhtruyền tạo ra sóng tán xạ Thực tế thì tán lá rậm, bảng đường, cột điện tạo ra hiệntượng tán xạ trong thông tin di động

Với đặc tính là truyền tín hiệu trên các sóng mang trực giao, phân chia băngthông gốc thành rất nhiều các băng con đều nhau, kỹ thuật OFDM đã khắc phụcđược ảnh hưởng của fading lựa chon tần số, các kênh con có thể được coi là cáckênh fading không lựa chọn tần số Với việc sử dụng tiền tố lặp (CP), kỹ thuậtOFDM đã hạn chế được ảnh hưởng của fading nhiều tia, đảm bảo sự đồng bộ ký tự

và đồng bộ sóng mang

1.3.1 Méo biên độ

1.3.1.1 Mô hình fading Rayleigh.

Mobile Station (MS) không chỉ nhận tín hiệu phát mà còn nhận nhiều phiênbản của tín hiệu phát do phản xạ hoặc nhiễu xạ từ các tòa nhà và các yếu tố khác

Pha của tín hiệu nhận là tổng pha của các tín hiệu, với mỗi pha thay đổi ngẫu nhiêntrong khoảng [0, 2π] Từ lí thuyết giới hạn trung tâm ta có dạng sóng nhận được cóđặc tính nhiễu Gaussian thông dải Vì vậy hàm pdf của các thành phần đồng pha vàvuông pha của tín hiệu nhận được là Gaussian với trung bình không và phương saiđồng nhất theo định lí giới hạn trung tâm Hình bao pdf của chúng theo phân bốRayleigh:

2 / 2 2 2

Hình 1.1: Hàm pdf theo phân bố Rayleigh.

1.3.1.2 Mô hình fading Rician.

Nếu trong số những thành phần của tín hiệu nhận được có một đường trộinhư đường truyền trực tuyến các thành phần đồng pha và vuông pha không còn cótrung bình không dù phương sai của chúng vẫn giống nhau Khi đó hàm pdf của tínhiệu nhận được có phân bố Rician:

2 2 2

2 0

Với I0 là hàm Bessel biến đổi bậc 0 loại 1

Gọi K là tỉ số năng lượng giữa thành phần trội với các thành phần tán xạkhác:

2

2

2

A K

σ

Nếu không có thành phần trội A=0, I0 = 1, hàm pdf Rician suy giảm thànhhàm pdf Rayleigh Khi A khá lớn so với σ , phân bố là xấp xỉ Gaussian Vì vậy cóthể nói kênh fading Rician là trường hợp chung nhất

Thành phần trội thường làm giảm đáng kể độ sâu fading Về mặt BER fadingRician có chất lượng cao hơn fading Rayleigh

Hình 1.2: Hàm pdf Rician với những giá trị khác nhau của K.

1.3.1.3 Thống kê của fading.

a) Fast fading.

Tín hiệu băng tần gốc thay đổi nhanh như thế nào so với tốc độ thay đổi củakênh sẽ quyết định một kênh là slow fading hay fast fading Trong một kênh fastfading, đáp ứng xung của kênh thay đổi nhanh trong một chu kì symbol Và thường

do phản xạ nhiều tia của sóng truyền, do các vật thể tán xạ như nhà cửa hoặc rừngcây…Người ta thường xét fading trong từng 1/2 bước sóng Hình bao của tín hiệunhận được có fast fading thường theo phân bố Rayleigh hoặc Rician.

Hai thông số quan trọng của fast fading là tốc độ vượt mức và thời gianfading trung bình Tốc độ vượt mức định nghĩa là tổng số lần bị fading trong mộtkhoảng thời gian chia cho chính khoảng thời gian đó Nếu biết được thời gianfading trung bình ta có thể chọn kỹ thuật mã hóa kiểm soát lỗi thích hợp trongtruyền dẫn số Còn thời gian fading trung bình là tổng thời gian của từng fadingchia cho tổng số lần xảy ra fading Giá trị này dùng để ước đoán số bit bị lỗi trongmột lần fading Điều này lại được sử dụng để chọn phương thức mã hóa kênh thíchhợp trong hệ thống Trong thực tế fast fading chỉ xuất hiện với tốc độ dữ liệu rấtthấp

b) Slow fading.

Slow fading là sự thay đổi của suy hao được lấy trung bình trong khoảng vàimét và chủ yếu là do phân bố địa hình và môi trường xây dựng giữa MS và BS.Thông thường Slow fading phân bố theo hàm lognomal, vì vậy hình bao của tínhiệu nhận được tính theo đơn vị dB tuân theo phân bố Gaussian Slow fading cònđược gọi là hiện tượng bóng mờ

Một kênh đựơc gọi là fast fading hay slow fading không hẳn nó là kênhfading phẳng hay kênh fading lựa chọn tần số Fast fading chỉ đề cập đến tốc độthay đổi của kênh do sự chuyển động Một số người thường nhầm lẫn giữa thuậtngữ fast fading và slow fading với thuật ngữ fading diện rộng và fading diện hẹp.Cần nhấn mạnh rằng fast fading và slow fading liên quan đến mối quan hệ giữa tỉ lệthời gian thay đổi trong kênh và tín hiệu phát, mà không liên quan đến mô hình suyhao đường truyền

1.3.2 Suy hao đường truyền.

Tại anten phát, các sóng vô tuyến sẽ được truyền đi theo mọi hướng (nghĩa làsóng được mở rộng theo hình cầu) Ngay cả khi chúng ta dùng anten định hướng để

truyền tín hiệu, sóng cũng được mở rộng dưới dạng hình cầu nhưng mật độ nănglượng khi đó sẽ được tập trung vào một vùng nào đó do ta thiết kế Vì thế, mật độcông suất của sóng giảm tỉ lệ với diện tích mặt cầu Hay nói cách khác là cường độsóng giảm tỉ lệ với bình phương khoảng cách.

Công suất thu được sau khi truyền tín hiệu qua một khoảng cách R:

G P

T R

T

G G f R c G

G

R P

=-10logG T -10log10G R +20logf+20logR-47.6dB (1.7)

Nói chung truyền dẫn trong không gian tự do rất đơn giản, chúng ta có thểxây dựng mô hình chính xác cho các tuyến thông tin vệ tinh và các tuyến liên lạctrực tiếp (không bị vật cản) như các tuyến liên lạc vi ba điểm nối điểm trong phạm

vi ngắn Tuy nhiên, cho hầu hết các tuyến thông tin trên mặt đất như thông tin diđộng, mạng LAN không dây, môi trường truyền dẫn phức tạp hơn nhiều do đó việctạo ra các mô hình cũng khó khăn hơn Ví dụ đối với những kênh truyền dẫn vô

tuyến di động UHF, khi đó điều kiện về không gian tự do không được thỏa, chúng

ta có công thức tính suy hao đường truyền như sau:

R h

h G

G

L pl =−10log T −10log R −20log BS −20log10 MS −40log (1.8)

Với h BS , h MS << R là độ cao anten trạm phát và anten của MS.

1.3.3 Trải trễ trong hiện tượng đa đường.

Tín hiệu nhận được nơi thu gồm tín hiệu thu trực tiếp và các thành phần phản

xạ Tín hiệu phản xạ đến sau tín hiệu thu trực tiếp vì nó phải truyền qua một khoảngdài hơn, và như vậy nó sẽ làm năng lượng thu được trải rộng theo thời gian Khoảngtrải trễ (delay spread) được định nghĩa là khoảng chênh lệch thời gian giữa tín hiệuthu trực tiếp và tín hiệu phản xạ thu được cuối cùng Trong thông tin vô tuyến, trảitrễ có thể gây nên nhiễu xuyên ký tự nếu như hệ thống không có cách khắc phục

Hầu hết các loại nhiễu trong hệ thống thông tin vô tuyến có thể được môhình hoá chính xác nhờ dùng dữ liệu Gauss trắng cộng (AWGN)

Như vậy tín hiệu khi truyền qua kênh truyền AWGN phải thêm vào một tínhiệu ngẫu nhiên không mong muốn phân bố theo hàm Gauss:

2 2

2

1( )

1.3.5 Hiện tượng Doppler.

Hình 1.3: Mô hình hiện tượng Doppler.

Khi đầu phát và đầu thu chuyển động tương đối so với nhau, tần số sóngmang nhận bao giờ cũng khác tần số sóng mang truyền fC Xét trường hợp khi MS

di chuyển với vận tốc không đổi v với góc θ so với tín hiệu đến Tín hiệu nhậnđược là:

Tần số dịch Doppler có thể dương hoặc âm tùy thuộc vào đầu thu di chuyển

về phía đầu phát hay đi cách xa đầu phát Trong môi trường thực tế, tín hiệu đếntheo các đường phản xạ khác nhau với khoảng cách và góc đến khác nhau Xét mộtsóng phát dạng sin, thay vì là một độ dịch Doppler đơn giản ta nhận được đoạn phổtrải rộng từ f c(1−v c/ ) đến f c(1+v c/ ) để chỉ sự trải phổ Doppler Khi mọi hướngcủa trạm di động hoặc mọi góc đến giả sử có xác suất bằng nhau (phân phối đều ),mật độ phổ công suất của tín hiệu nhận được tính theo công thức:

2

1( )

1.4 Tổng quan về kỹ thuật MIMO-OFDM.

Với sự phát triển dịch vụ di động, ngày càng yêu cầu tốc độ cao (băng thôngrộng) và chất lượng thông tin tốt

Trong đó kỹ thuật OFDM và MIMO đã được sử dụng để đáp ứng yêu cầutrên Kỹ thuật MIMO giúp tăng tốc độ dữ liệu và vẫn giữ được độ tin cậy thông tin,giảm công suất phát Và kỹ thuật OFDM giúp chống nhiễu, tăng cự li truyền tintrong môi trường không dây Kỹ thuật MIMO-OFDM là sự kết hợp của hai kỹ thuậtMIMO và OFDM để tận dụng cả hai ưu điểm của các kỹ thuật, mang lại chất lượngthông tin trao đổi là tốt nhất

1.4.1 Định nghĩa và khái niệm.

OFDM viết tắt của Orthogonal Frequency Division Multiplexing, là kỹ thuậtghép kênh phân chia theo tần số trực giao OFDM là kỹ thuật chia dòng dữ liệu banđầu tốc độ cao thành nhiều dòng dữ liệu tốc độ thấp hơn Mỗi dòng dữ liệu này sẽđược truyền trên một sóng mang con Các sóng mang con được điều chế trực giaovới nhau Sau đó sóng mang con được tổng hợp với nhau và được chuyển lên tần sốcao để truyền đi Tại đầu thu, dữ liệu sẽ được đưa về băng tần cơ sở bởi bộ trộn Sau

đó được tách thành các luồng dữ liệu tốc độ thấp Loại bỏ sóng mang con, chuyển

về các luồng tín hiệu gốc Cuối cùng được tổng hợp thành luồng dữ liệu ban đầu

MIMO viết tắt của Multi Input Multi Output, là kỹ thuật sử dụng nhiều antenphát hoặc nhiều anten phát và thu nhằm đạt được độ tin cậy của tín hiệu truyền dẫn

và tốc độ dữ liệu cao Kỹ thuật MIMO là chia dòng dữ liệu ban đầu thành các dòng

dữ liệu con theo một thuận toán cho trước, sau đó đưa từng dòng dữ liệu này đếncác anten tương ứng và truyền đi Phía thu sẽ nhận được các dòng dữ liệu này, sửdụng các thuật toán thích hợp để tổng hợp lại dòng dữ liệu ban đầu

MIMO-OFDM là sự kết hợp cả hai kỹ thuật OFDM và MIMO trên

1.4.2 Kỹ thuật MIMO-OFDM.

Hình 1.4: Mô hình tổng quát hệ thống MIMO-OFDM.

Khối phát MIMO-OFDM: Một chuỗi tín hiệu đầu vào sẽ được khối MIMO

mã hoá và tách ra thành các dãy tín hiệu riêng biệt Từng dãy tín hiệu này sẽ đượcđưa vào khối phát OFDM tương ứng để chuyển thành các tín hiệu OFDM Sau đóđược đưa đến khối TX để chuyển thành tín hiệu cao tần và truyền đi qua các anten

Khối thu MIMO-OFDM: Tín hiệu cao tần được thu nhận bởi các anten ởkhối thu Bộ RX sẽ chuyển tín hiệu cao tần thành các tín hiệu tần số thấp Khối thuOFDM sẽ chuyển tín hiệu OFDM thành các tín hiệu thông thường Khối thu MIMO

sẽ giải mã và tổng hợp các dãy tín hiệu sau khối thu OFDM thành một chuỗi tínhiệu ban đầu

1.5 Kết luận chương.

Kỹ thuật MIMO-OFDM ra đời đã tạo ra rất nhiều ưu điểm cho hệ thốngthông tin di động Đó là cho hiệu năng phổ cao, thích ứng với truyền dẫn đa đườngtrong hệ thống truyền dẫn không dây, tận dụng được sự phân tập anten từ đó cải

Khối phát MIMO

Khối phát OFDM 1

Khối phát OFDM n

TX1

TXn

.

Khối thu OFDM 1

Khối thu MIMO

.

Bits output

Anten 1

Anten m

Khối phát MIMO-OFDM

Khối nhận MIMO-OFDM

thiện chất lượng tín hiệu tại đầu thu, chống được hiện tượng Fading ảnh hưởng đến

Tại đầu thu, dữ liệu sẽ được đưa về băng tần cơ sở bởi bộ trộn Sau đó đượctách thành các luồng dữ liệu tốc độ thấp, loại bỏ sóng mang con, chuyển về cácluồng tín hiệu gốc, tổng hợp thành luồng dữ liệu ban đầu

Kỹ thuật OFDM truyền thông tin trên các sóng mang con được điều chế trựcgiao với nhau nên có rất nhiều ưu điểm trong thông tin di động nhưng cũng có vàikhuyết điểm cần khắc phục.

Ưu điểm của OFDM:

 Giảm nhiễu xuyên kênh

 Giảm nhiễu xuyên kí tự

 Hiệu suất sử dụng băng thông cao

 Hoạt động tốt trong các kênh fading nhiều tia

Khuyết điểm của OFDM:

 Kí tự symbol OFDM bị nhiễu biên độ trong một khoảng động rất lớn Vì

tỷ số PAPR (Peak to Average Power Ratio) cao của OFDM Dễ gây nhiễu xuyênđiều chế

 Méo nhiễu (distortion) trong băng lẫn bức xạ ngoài băng do rút ngắn(clipping) tín hiệu

 OFDM nhạy với tần số offset và sự trượt của sóng mang hơn các hệ thốngđơn sóng mang con khác Tần số offset của sóng mang gây nhiễu cho các sóngmang con trực giao và gây ra nhiễu liên kênh làm giảm hoạt động cho các bộ điềuchế một cách trầm trọng Vì vậy đồng bộ là một vấn đề cực kì cần thiết đối với bộthu OFDM

2.2 Khái niệm chung.

2.2.1 Hệ thống đơn sóng mang

Hệ thống đơn sóng mang là hệ thống mà dữ liệu được điều chế và truyền đichỉ trên một sóng mang

Hình 2.1: Sơ đồ chung của hệ thống đơn sóng mang.

Với quá trình điều chế đơn sóng mang, tín hiệu được biểu diễn như sau:

đó ghép những kênh này lại theo kiểu FDM Ở phía thu, bộ tách kênh sẽ đưa đến bộthu các kênh có tần số khác nhau, sau đó chúng được giải điều chế tạo ra tín hiệugốc ban đầu

Hình 2.2: Sơ đồ hệ thống đa sóng mang.

Hệ thống đa sóng mang, tín hiệu có thể được biểu diễn như sau:

− ; ∆f = 1

s

Nếu ta sử dụng dạng xung chữ nhật thì:

Tính trực giao của tín hiệu được thể hiện ở dạng phổ của nó trong miền tần

số Trong miền tần số, mỗi sóng mang con của tín hiệu trực giao có đáp ứng tần số

là sin hay sin(x)/x Biên độ hàm sine có dạng búp chính hẹp và nhiều búp phụ cóbiên độ giảm dần khi càng xa tần số trung tâm Mỗi sóng mang của tín hiệu có biên

độ đỉnh tai tần số trung tâm của nó và bằng 0 tại tần số trung tâm của sóng mangkhác Do đó ta gọi các tín hiệu trực giao nhau

Ví dụ: giả sử 4 tín hiệu trực giao được điều chế bởi 4 sóng mang con hìnhsine sau:

Hình 2.3a: Bốn sóng mang trực giao nhau.

Hình 2.3b: Phổ của 4 sóng mang trực giao.

Hình 2.4a: Kỹ thuật đa sóng mang.

Hình 2.4b: Kỹ thuật ghép kênh phân chia theo tần số trực giao.

2.3 Sơ đồ hệ thống OFDM băng cơ sở.

Loại bỏ dải bảo

 Khối chèn pilot: chèn các chuỗi giả nhiễu, giúp ta ước lượng được độquay pha do lỗi tần số gây ra.

 Khối IDFT: dùng thuật toán IFFT, tính toán các mẫu thời gian tương ứngvới các kênh nhánh trong miền tần số

 Khối chèn dải bảo vệ: chèn các khoảng bảo vệ để giảm nhiễu xuyên kí tự

 AWGN: Nhiễu Gause trắng cộng, do tác động trong quá trình truyền dữ

liệu

 Khối ước lượng kênh: ước lượng kênh (Channel Estimation) trong hệthống OFDM là xác định hàm truyền đạt của các kênh con và thời gian để thực hiệngiải điều chế bên thu khi bên phát sử dụng kiểu điều chế kết hợp (coherentmodulation)

Các khối ở phía máy thu OFDM thì thực hiện quá trình ngược lại với cáckhối ở máy phát

2.4 Cơ sở toán học.

2.4.1 Trực giao.

Xét tập hợp N sóng mang con fn(t), trong đó n = 0,1,…,N-1 t1≤ t ≤ t2

Tập hợp sóng mang này sẽ trực giao khi :

2.4.2 IFFT/FFT.

DFT (discrete fourier transform) là biến đổi Fourier rời rạc IDFT (inversiondiscrete fourier transform) là biến đổi ngược Fourier rời rac IFFT/FFT là thuật toángiúp thực hiện nhanh phép chuyển đổi IDFT/ DFT

IDFT được sử dụng để biến đổi chuỗi dữ liệu có chiều dài N{X(k)} thànhcác tín hiệu rời rạc trong miền thời gian {x(n) }theo công thức sau:

'

*

( ), 1, , 1( )

)('

)0(Re(

)0(

'

X N

X

X X

=

=

(2.10)

2.5 Các kỹ thuật cơ bản trong OFDM.

2.5.1 Sơ đồ điều chế/Giải điều chế.

Trong hệ thống OFDM tín hiệu vào là luồng bit ở dạng nhị phân Nên trong

hệ thống OFDM là các quá trình điều chế số và có thể được chọn dựa trên yêu cầucông suất và hiệu suất sử dụng băng thông kênh

(2.8)(2.7)

Kỹ thuật điều chế QAM.

Trong hệ thống PSK, các thành phần đồng pha và vuông pha được kết hợpvới nhau sao cho tạo thành một tín hiệu đường bao không đổi Tuy nhiên, nếu loại

bỏ điều này và để các thành phần đồng pha và vuông pha có thể độc lập với nhauthì ta được một sơ đồ điều chế mới gọi là điều biên cầu phương QAM (điều chếbiên độ vuông góc) Ở sơ đồ điều chế này, sóng mang bị điều chế cả biên độ và pha.Điều chế QAM có ưu điểm là tăng dung lượng đường truyền dẫn số

Dạng tổng quát của điều chế QAM M trạng thái ( M_QAM ) được xác địnhnhư sau:

E0 là năng lượng của tín hiệu có biên độ thấp nhất

ai, bi là cặp số nguyên độc lập được chọn tuỳ theo vị trí kí tự trong chòm sao.Tín hiệu sóng mang gồm 2 thành phần vuông góc được điều chế bởi một tậphợp tín hiệu rời rạc vì thế có tên là “điều chế biên độ vuông góc”

Có thể phân tích Si(t) thành cặp hàm cơ sở:

1

2( )t b isin(2 f t c )

T

2

2( )t a icos(2 f t c )

T

số Eb/No, điều này càng thể hiện rõ ở kênh truyền bị tác động của AWGN

Mã hóa FEC được chia thành 2 loại mã chính: mã khối (block coding) và mãchập (convolutional coding) Ngoài ra, người ta còn dùng mã hóa Trellis, đây làkiểu mã hóa xem như gần giống với mã hóa chập

Với mã hóa khối: Luồng bit vào được chia thành những nhóm có k bit, mỗinhóm được thêm vào những bit kiểm tra để tạo thành nhóm mới có n bit (n>k) Sốbit kiểm tra thêm vào đây là (n-k) bit Ví dụ: mã khối tuyến tính, mã Hamming, mãReed Solomon

Với mã chập: Đặc trưng bởi 3 thông số là (n, k, m), trong đó: n là số bit ra, k

là số bit vào, m là số bit trước đó Vậy n bit của từ mã ra không chỉ phụ thuộc vào kbit vào mà còn phụ thuộc vào (m-1)k bit thông tin trước đó (được gọi là các bittrạng thái) n bit ngõ ra được tạo ra bằng cách chập k bit ngõ vào với một đáp ứngxung nhị phân Mã chập được xây dựng bởi mạch dãy Tỷ số R=k/n được gọi là tỷ

số mã, tổng số ô ghi dịch là (k.m) ô

Với mã Trellis: là một dạng của mã chập nhưng có thêm phần mã hóa Sửdụng mã hóa Trellis sẽ cho hiệu quả tốt nhất ở phần sắp xếp (mapping) khi ta sửdụng mã hóa M-QAM với M khác nhau trên các sóng mang nhánh khác nhau Bênthu có thể sử dụng thuật toán Viterbi Viterbi là giải thuật giải mã hoá

Trong OFDM, theo một số khuyến nghị, người ta còn kết hợp mã hóa với kỹthuật xen rẽ (interleaving) trên giản đồ thời gian – tần số để khắc phục lỗi chùm(burst error) thường xuất hiện trong thông tin đa sóng mang do hiện tượng Fadinglựa chọn tần số Các lỗi chùm không thể được sửa bởi các loại mã hóa kênh Nhờvào kỹ thuật xen rẽ, người ta đã chuyển lỗi chùm (nếu có xảy ra) thành các lỗi ngẫunhiên và các lỗi ngẫu nhiên này dễ dàng được khắc phục bởi các loại mã hóa kênh

2.5.3 Sắp xếp

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 N bits (1, 2, 4, 6) khác nhau tương ứng với các phương pháp

điều 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 bit đầuvào được tổ chức thành một nhóm tương ứng cho một số phức trên đồ thị hình saođặc trưng cho kiểu điều chế 64-QAM (64-QAM constellation) Trong 6 bit thì 3 bitLSB (b0 b1 b2) sẽ biểu thị cho giá trị của I, còn 3 bit MSB (b3 b4 b5) biểu thị cho giátrị của Q

2.5.4 Kỹ thuật IFFT/FFT trong OFDM.

OFDM là kỹ thuật điều chế đa sóng mang, trong đó dữ liệu được truyền songsong nhờ rất nhiều sóng mang phụ Để làm được điều này, cứ mỗi kênh phụ, ta cầnmột máy phát sóng sin, một bộ điều chế và một bộ giải điều chế Trong trường hợp

số kênh phụ là khá lớn thì cách làm trên không hiệu quả, nhiều khi là không thểthực hiện được Nhằm giải quyết vấn đề này, khối thực hiện chức năng biến đổiDFT/IDFT được dùng để thay thế toàn bộ các bộ tạo dao động sóng sin, bộ điềuchế, giải điều chế dùng trong mỗi kênh phụ FFT/IFFT được xem là một thuật toángiúp cho việc thực hiện phép biến đổi DFT/IDFT nhanh và gọn hơn bằng cách giảm

số phép nhân phức khi thực hiện phép biến đổi DFT/IDFT và giúp tiết kiệm bộ nhớbằng cách tính tại chỗ

Ta quy ước : Chuỗi tín hiệu vào X(k) , 0 ≤ k ≤ N-1 ,

Khoảng cách giữa các tần số sóng mang là : ∆f Chu kỳ của một ký tự OFDM là : Ts

ft k j

Nếu lấy mẫu tín hiệu với một chu kỳ Ts/N, tức là chọn N mẫu trong một chu

kỳ tín hiệu, phương trình (2.17) được viết lại như sau :

) ( )

( )

k

N fT nk j s

N n a

Nếu thỏa mãn điều kiện ∆fT s =1, (∆f =T1s ), thì các sóng mang sẽ trực

giao với nhau, lúc này, phương trình (2.18) được viết lại :

{X(k)}

.)

()

k

N nk j

n

a n e x n

DFT k

0 a

/ ) ( 2

1 0

1 / ) ( 2

)()(

N

m

k m m

Ở đây, hàm δ(m−k)là hàm delta, được định nghĩa là :

01

)(

n khi

n khi n

Khi yêu cầu truyền đi X(k) dưới dạng phức để thể hiện mức điều chế QAMkhác nhau trên các sóng mang khác nhau (hay số bit truyền đi trên các kênh truyềnphụ là khác nhau), có thể sử dụng bộ 2N-IFFT/FFT

2.5.5 Tiền tố lặp CP.

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 ký tự (ISI), nhiễu xuyên kênh (ICI)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

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)

Ta có : Ts = Tg + TFFT (2.22)

kí tự i-1 kí tự i kí tự i+1

−

=+

=

1,,

1,0)

(

1,,

1,)

()(

N n

n x

n N n x n

(2.23)

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 ISI, ICI Ở đây, 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 thờiđiểm 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 2.8: 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 đađường:

1

) (

)

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 thờigian

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 tăngkhả năng đồng bộ (đồng bộ ký tự, đồng bộ tần số sóng mang) trong hệ thốngOFDM

2.5.6 Ước lượng kênh.

2.5.6.1 Khái niệm

Ước lượng kênh (Channel estimation) trong hệ thống OFDM là xác địnhhàm truyền đạt của các kênh con và thời gian để thực hiện giải điều chế bên thu khibên phát sử dụng kiểu điều chế kết hợp (coherent modulation) Để ước lượng kênh,phương pháp phổ biến hiện nay là dùng tín hiệu dẫn đường (PSAM-Pilot signalassisted Modulation) Trong phương pháp này, tín hiệu pilot bên phát sử dụng là tínhiệu đã được bên thu biết trước về pha và biên độ Tại bên thu, so sánh tín hiệu thuđược với tín hiệu pilot nguyên thủy sẽ cho biết ảnh hưởng của các kênh truyền dẫnđến tín hiệu phát Ước lượng kênh có thể được phân tích trong miền thời gian vàtrong miền tần số Trong miền thời gian thì các đáp ứng xung h(n) của các kênh conđược ước lượng Trong miền tần số thì các đáp ứng tần số H(k) của các kênh conđược ước lượng Có hai vấn đề chính được quan tâm khi sử dụng PSAM:

*Vấn đề thứ nhất là lựa chọn tín hiệu pilot: phải đảm bảo yêu cầu chống

nhiễu, hạn chế tổn hao về năng lượng và băng thông khi sử dụng tín hiệu này Với

hệ thống OFDM, việc lựa chọn tín hiệu pilot có thể được thực hiện trên giản đồ thờigian-tần số, vì vậy OFDM cho khả năng lựa chọn cao hơn so với hệ thống đơn sóngmang Việc lựa chọn tín hiệu pilot ảnh hưởng rất lớn đến các chỉ tiêu hệ thống