Hướng đến mô hình toán học đánh giá hiệu năng của kỹ thuật STTC

Ngày nay, kỹ thuật viễn thông ngày càng phát triển và đặc biệt là thông tin vô tuyến ngày càng quan trọng đối với cuộc sống hiện đại ngày nay. Tuy nhiên, việc truyền thông tin trong môi trường vô tuyến lại chịu tác động rất nhiều từ môi trường, cùng với việc hạn chế về băng thông và công suất. Một trong những giải pháp được đưa ra là sự kết hợp giữa phương pháp mã hóa kênh, hệ thống MIMO và kỹ thuật OFDM.Nội dung của đồ án này sẽ tìm hiểu về kỹ thuật mã hóa STTC, hệ thống MIMO, kỹ thuật OFDM. Dựa trên các lý thuyết đã phân tích ta sẽ mô phỏng đánh giá các hệ thống, từ đó rút ra kết luận chung. Từ kết quả mô phỏng ta sẽ xây dựng mô hình toán học học để dễ dàng đánh giá, xác định.Dĩ nhiên đồ án không thể tránh khỏi những sai sót. Do đó chúng em rất mong tiếp thu được những ý kiến đánh giá từ thầy cô và các bạn để chúng em có thể rút kinh nghiệm và hoàn chỉnh hơn đề tài này.Nội dung của đồ án bao gồm 5 chương như sau:Chương 1 : Kỹ thuật mã hóa không gian thời gian lưới STTC.Chương 2: Kỹ thuật OFDM.Chương 3 : Hệ thống MIMO.Chương 4: Công cụ Curve Fitting trong Matlab.Chương 5 : Hướng tới mô hình toán học đánh giá hiệu năng của kỹ thuật STTC.Chương 6 : Kết luận và hướng phát triển đề tài.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan nội dung của đồ án này không phải là bản sao chép của bất cứ

đồ án hoặc công trình nào đã có từ trước

Đà nẵng, tháng 05/2013

Sinh viên thực hiện

1.1.2 Các hệ thống mã hóa không gian thời gian

2.3.3 Khối chèn pilot

……….28

2.3.4 Khối FFT và IFFT ………29

2.4 Nguyên lý hoạt động của máy thu và phát OFDM

3.4.2 Độ lợi ghép kênh không gian (Spatial multiplexing)

……… 48

Mở đầu

Ngày nay, kỹ thuật viễn thông ngày càng phát triển và đặc biệt là thông tin vôtuyến ngày càng quan trọng đối với cuộc sống hiện đại ngày nay Tuy nhiên, việctruyền thông tin trong môi trường vô tuyến lại chịu tác động rất nhiều từ môitrường, cùng với việc hạn chế về băng thông và công suất Một trong những giảipháp được đưa ra là sự kết hợp giữa phương pháp mã hóa kênh, hệ thống MIMO

và kỹ thuật OFDM

Nội dung của đồ án này sẽ tìm hiểu về kỹ thuật mã hóa STTC, hệ thống MIMO,

kỹ thuật OFDM Dựa trên các lý thuyết đã phân tích ta sẽ mô phỏng đánh giá các

hệ thống, từ đó rút ra kết luận chung Từ kết quả mô phỏng ta sẽ xây dựng môhình toán học học để dễ dàng đánh giá, xác định

Dĩ nhiên đồ án không thể tránh khỏi những sai sót Do đó chúng em rất mongtiếp thu được những ý kiến đánh giá từ thầy cô và các bạn để chúng em có thể rútkinh nghiệm và hoàn chỉnh hơn đề tài này

Nội dung của đồ án bao gồm 5 chương như sau:

Chương 1 : Kỹ thuật mã hóa không gian thời gian lưới STTC

Chương 2: Kỹ thuật OFDM

Chương 3 : Hệ thống MIMO

Chương 4: Công cụ Curve Fitting trong Matlab

Chương 5 : Hướng tới mô hình toán học đánh giá hiệu năng của kỹ thuật STTC.Chương 6 : Kết luận và hướng phát triển đề tài

Mã hóa không gian-thời gian là một kỹ thuật mã hóa được thiết kế để sử dụng vớinhiều anten phát Mã hóa được thực hiện trong cả 2 miền không gian và thời gian

để đưa vào sự tương quan giữa các tín hiệu được phát từ các anten khác nhau tạicác chu kỳ thời gian khác nhau Sự tương quan không gian-thời gian được sử dụng

để khai thác fading kênh MIMO và tối thiểu hóa lỗi truyền ở máy thu Mã hóakhông gian-thời gian có thể đạt được độ lợi phân tập phát và độ lợi công suất hơncác hệ thống không được mã hóa không gian mà vẫn không làm hao phí băngthông

Có nhiều hướng khác nhau trong cấu trúc mã hóa, bao gồm mã STBC time block codes), STTC (Space-time trellis codes), ST turbo TC (Space timeturbo trellis codes) và mã LST (layered space-time)

(Space-1.1.2 Các hệ thống mã hóa không gian thời gian

Ta xét một hệ thống truyền thông được mã hóa không gian-thời gian băng tầngốc với nT anten phát và nR anten thu, như được trình bày trên hình:

Hình 1.1 Sơ đồ khối bộ mã hóa không gian thời gian

Dữ liệu phát được mã hóa bởi một bộ mã hóa không gian-thời gian Tại mỗithời điểm t, một khối m symbol thông tin nhị phân, được ký hiệu bởi:

ct= (c1

t ,c2

t ,…,cm

t ) [4] (1.1) Được đưa vào ngõ vào của bộ mã hóa không gian-thời gian Bộ mã hóa không

xt= (x1

t , x2

t , …,xnt

t)T [4] (1.2)

phát đồng thời bởi nT anten phát khác nhau, nhờ vậy mà symbol xi, 1 ≤ i ≤ nT, đượcphát bởi anten i và tất cả các symbol được phát đều có cùng một khoảng thời gian

T (giây) Vectơ symbol điều chế mã hóa từ các anten khác nhau, như được chỉ ra ở(1.2), được gọi là symbol không gian-thời gian (space-time symbol ) Hiệu suấtphổ của hệ thống là :

Ƞ=rb/B ( bit/s/Hz ) [4] (1.3)

(1.1) bằng với hiệu suất phổ của một hệ thống không mã hóa với một anten phát.Nhiều anten ở cả máy phát và máy thu tạo ra một kênh MIMO Đối với thông tin

di động vô tuyến, mỗi liên kết từ một anten phát đến một anten thu có thể được môhình hóa bởi fading phẳng, nếu ta giả sử rằng kênh truyền là không nhớ

Trong một kênh fading nhanh, các hệ số fading là hằng số trong mỗi chu kỳsymbol và thay đổi từ một symbol này sang symbol khác Tại máy thu, tín hiệu tại

kênh Tại thời điểm t, tín hiệu thu được tại anten j, j= 1, 2, …, nR, được ký hiệu bởi

Với ni là thành phần nhiễu của anten thu j tại thời điểm t Nó là một mẫu độc

rt =Ht xt+ nt [4] (1.7)

Ta giả sử rằng bộ giải mã tại máy thu sẽ sử dụng một thuật toán likelihood (ML) để khôi phục chuỗi thông tin đã phát và rằng máy thu có thông tintrạng thái kênh CSI lý tưởng trên kênh MIMO Mặt khác, máy phát lại không cóthông tin về kênh.Tại máy thu, số metric quyết định được tính toán dựa trên bìnhphương khoảng cách Euclidean giữa chuỗi thu giả thiết và chuỗi thu thực sự nhưsau:

2 ,

Nếu như kỹ thuật STBC xử lý độc lập từng khối ký tự đầu vào để tạo ra mộtchuỗi các vector mã độc lập, thì STTC xử lý từng chuỗi ký tự đầu vào để tạo ratừng chuỗi vector mã phụ thuộc vào trạng thái mã trước đó của bộ mã hóa.

Bộ mã hóa các vector mã bằng cách dich chuyển các bít dữ liệu qua thanh ghidịch qua K tầng mỗi tầng có k bít Mỗi bộ n ghép cộng nhị phân với đầu vào là Ktầng sẽ tạo ra vector mã n bit cho mỗi k bit đầu vào Tại một thời điểm, k bit dữliệu đầu vào sẽ được dịch vào tầng đầu tiên của thanh ghi dịch, k bit của tầng đầu

sẽ được dịch vào k bit của tầng kế Mỗi lần dịch k bit dữ liệu vào sẽ tạo ra mộtvector mã n bit Tốc độ mã là :

Rc=k/n [3] (1.9)

K là số tầng của thanh ghi dịch được gọi là constraint length của bộ mã Hìnhdưới cho ta thấy rõ mỗi vector mã trong mã lưới phụ thuộc vào kK bit, bộ gồm kbit dữ liệu vào tầng đầu tiên và (K-1)k bit của K-1 tầng cuối của bộ mã hóa, K-1tầng cuối này gọi là trạng thái của bộ mã hóa, trong khi đó chỉ có k bit dữ liệu đầuvào trong mã khối ảnh hưởng tới vector mã

Hình 1.2 Sơ đồ khối của mã lưới

Tín hiệu nhận được tại máy thu sẽ được bộ giải mã tương quan tối đa khônggian-thời gian STMLD (Space-Time Maximum Likelood Decoder) giải mã Bộ

STMLD sẽ được thực hiện thành giải thuật vector Viterbi, đường mã nào cómetric tích lũy nhỏ nhất sẽ được chọn là chuỗi dữ liệu được giải mã Độ phức tạocủa bộ giải mã tăng theo hàm mũ với số trạng thái trên giản đồ chòm sao và sốtrạng thái mã lưới, một bộ STTC có bậc phân tập là D truyền dữ liệu với tốc độ Rbps thì độ phức tạp của bộ giải mã tỉ lệ với hệ số 2R(D-1).

1.2.2 Nguyên lý mã hóa mã lưới

Mã lưới (hay mã chập) được biểu diễn thông qua lưới mã (code trellis) hoặc sơ

đồ trạng thái (state diagram) mô tả sự biến đổi từ trạng thái hiện tại sang trạng thái

kế tiếp tùy thuộc k bit dữ liệu đầu vào

Để xây dựng cấu trúc của lưới mã, ta cần dùng thanh ghi dịch bộ nhớ v bit,dùng để xác định trạng thái của lưới mã trong một chu kì thời gian Số trạng tháiđược tính bằng 2v

Với v = 2 , chúng ta có 22 = 4 trạng thái : 00, 01, 10, 11

Từ trạng thái yz ta chỉ có thể đi đến trạng thái xy, với x được xác định bởi bitđầu vào Dựa vào đó ta có sơ đồ trạng thái như sau:

Hình 1.3 Biểu diễn sơ đồ trạng thái mã lưới

Để làm rõ hơn phương thức hoạt động của mã lưới, ta xét một bộ mã lưới có tốc

độ mã k=0.5.

Hình 1.4 Sơ đồ khối của mã lưới k=0.5

Với k=0.5 thì với mỗi bit đầu vào sẽ có 2 bit đầu ra Ta có:

z1 = x(n)  x(n-1)  x(n-2)

z2 = x(n)  x(n-2)

Đầu vào được nối với các bộ XOR có thể được viết dưới dạng các vector nhị

phân [1 1 1] và [1 0 1], các vector này được

gọi là các vector sinh

Dưới đây là sơ đồ trạng thái của bộ mã lưới

Hình 1.5 Sơ đồ trạng thái mã lưới

State = S0 = [x(n-1), x(n-2)]

z = [z1, z2]

z1 = x(n)  x(n-1)  x(n-2)

z2 = x(n)  x(n-2)

Sơ đồ mã hóa giản đồ lưới nhận được từ sơ đồ trạng thái ở trên khi đặt S0, S1,

S2, S3 trên một đường thẳng, đường thẳng này biểu diễn vị trí của các trạng thái tạithời gian hiện tại t=n Sau đó, ta đặt S0, S1, S2, S3 biểu diễn thời gian t=n+1 ở bênphải như hình vẽ

Ta được sơ đồ như sau:

Hình 1.6 Sơ đồ mã hóa lưới

Giả sử đầu vào được bắt đầu từ trạng thái S0 = 00 và dữ liệu đầu vào lần lượt là:

101100 (đầu vào 1 được biểu diễn bằng nét đứt, 0 bằng nét liền) Với phương phápnhư trên ta thu được sơ đồ phức tạp hơn như sau:

Hình 1.7 Sơ đồ lưới với t=6

Khi đó, dãy dữ liệu đầu ra sẽ là: 11 10 00 01 01 01 (do tốc độ mã là 0.5 nên sốbit lối ra sẽ gấp đôi số bit lối vào)

1.3 Nguyên lý giải mã mã lưới

1.3.1 Giải mã sử dụng giản đồ lưới

Giả sử một bộ mã lưới nhận được chuỗi tín hiệu 11 01 01 00 10 11 trong thời

t=1 Sau đó, với input = 01 thì bộ giải mã sẽ quyết định cho output = 1, cứ như

vậy đi hết giản đồ lưới thì chuỗi bit nhận được sẽ là 1 1 0 1 0 0

Hình 1.8 Đi hết giản đồ lưới thì chuỗi bit nhận được là 110100

1.3.2 Khoảng cách Hamming trong giải mã lưới

Như ta đã biết, khoảng cách Hamming h là số ký tự khác nhau giữa 2 số nhị

phân Xét ví dụ trên, giả sử xảy ra lỗi bit đơn đối với 4 bit đầu tiên, chuỗi bit nhận

được là 1111 (thay vì 1101).

input = 00 (h=2).

Rõ ràng rằng, ta sẽ chọn đường phía dưới, đường mà có khoảng cách Hamming

h nhỏ hơn

Tiếp theo, tại t=1, đầu vào có 1 bít lỗi, và cả hai đường đi rời từ S1 đều có

khoảng cách Hamming giống nhau h=1 Do đó, bộ giải mã sẽ xem xét cả hai

đường này trong các bước tiếp theo

Tại t=2, input=01, thì đường đi từ S3 sẽ có h=0 Còn đường đi từ S2 sẽ có h=1

(có hai đường) Do khoảng cách Hamming đã khác nhau nên ta có thể chọn đườngdưới để xác định dữ liệu ra

Hình 1.10 Khoảng cách Hamming trong từng đoạn

Tuy nhiên, để nâng cao độ tin cậy cho thuật toán, trong thực tế, ta sẽ tính tổngkhoảng cách Hamming H trên n đoạn mà nó đi qua:

H = h 0 + h 1 + … + h n

Hình 1.11 Tổng khoảng cách Hamming H

Từ sơ đồ trên, ta thấy khoảng cách Hamming sẽ được tích lũy qua từng đoạn,

và sau khi qua một số đơn vị thời gian nào đó (trong trường hợp này là t=5) thì bộ

giải mã sẽ quyết định chọn đường mà có tổng khoảng cách Hamming là nhỏ nhất

11010.

1.3.3 Giải mã sử dụng thuật toán Viterbi

Ví dụ trên thể hiện 5 đường đi trong sơ đồ lưới, sau đó dựa trên tổng khoảng

cách Hamming mới quyết định chọn đường có H là nhỏ nhất.

Tuy nhiên, đối với các bộ mã lưới lớn hơn, như trong mạng di động, độ dài

giới hạn k có thể lên tới 6 hoặc 9 thì số đường cần xét có thể lên tới 32 hoặc 256

nếu k là độ dài giới hạn thì ta chỉ cần quan tâm tới 2 k-1 đường thay vì 2 k đường, và

độ dài đường đi (theo đơn vị thời gian) gấp 4 hoặc 5 lần độ dài giới hạn k thì cóthể nhận được thông tin chính xác trong hầu hết các trường hợp

Sơ đồ dưới thể hiện cách mà bộ mã hóa xác định đường đi tốt nhất ngay cả khi

có lỗi xảy ra

- Tại t=0 , bắt đầu từ trạng thái S0, có 2 đường đi tiếp là đi tới S0 với h=2 hoặc

đi tới S1 với h=0.

- Tại t=1, có lỗi bit đơn xảy ra và có tất cả 4 đường đi từ hai trạng thái S0 và S1,

do có lỗi xảy ra nên không có đường nào có tổng Hamming H=0.

Hình 1.12 Thuật toán Viterbi trong giải mã lưới

- Tại t=3, do tại mỗi trạng thái có 2 đường nên sẽ có 8 đường cần phải xét với

các tổng khoảng cách Hamming khác nhau

Hình 1.13 Có 8 đường đi tới thời điểm t=3

Theo Viterbi, các đường có H lớn hơn sẽ không thể là đường chính xác nên bộgiải mã sẽ loại bỏ các đường này để xử lí được nhanh hơn Trong trường hợp này,

ta sẽ loại bỏ 4 đường có H lớn nhất

Hình 1.14 loại bỏ các đường có H lớn

- Tại t=4, giả sử có tiếp lỗi bit đơn xảy ra, cũng sẽ có 8 đường đi tới trạng thái

t=4 nhưng bộ mã hóa sẽ bỏ đi 4 đường có H cao nhất.

Hình 1.15 Lỗi thứ 2 xảy ra trong quá trình truyền

- Tại t=5, tiếp tục có 8 đường được tạo ra, bộ giải mã sẽ vẫn chỉ xét 4 đường có

H là nhỏ nhất Tuy nhiên, ở đây xảy ra trường hợp là có 4 đường có cùng tổngkhoảng cách Hamming, vì không có cách nào để lựa chọn nên bộ giải mã sẽ lựachọn ngẫu nhiên 2 trong 4 đường này để đưa vào nhóm 4 đường có tổng khoảngcách Hamming nhỏ nhất

Hình 1.16 Chọn ngẫu nhiên 2 trong số 4 đường có cùng tổng khoảng cáchHamming

Tại t=6, chúng ta có thể chọn được đường đi có H là min, từ đó suy ra được dữ

liệu gốc Kết thúc quá trình giải mã

Hình 1.17 Chọn được đường có Hmin

Từ việc xác định được H min, đi ngược trở lại, ta được đường như sau:

S 0 <= S 1 <= S 2 <= S 3 <= S 4 <= S 5 <= S 6

Với qui ước nét đứt cho bit 1, còn nét liền cho bit 0, dữ liệu gốc nhận được sẽ là

1-1-0-1-0-0.

Trên đây là toàn bộ quá trình giải mã của mã lưới sử dụng thuật toán Viterbi,với giả thiết là có 2 lỗi trên đường truyền, bộ giải mã sẽ chọn được đường đi tốtnhất dựa trên tổng khoảng cách Hamming, từ đó suy ngược ra dữ liệu gốc Ở cácthời điểm tiếp theo, quá trình giải mã cũng xảy ra tương tự.

Hình 1.18 Cấu trúc mã hóa 4 trạng thái, 4 QAM

Theo đó chuỗi bit đầu vào được nhân với các hệ số nhánh, các hệ số này đượcđặt trong một ma trận gọi là ma trận sinh Với trường hợp 4 trạng thái, 4 QAM thì

ma trận sinh được cho như sau:

Trong đó, bậc của 2 bộ nhớ ở trên và dưới lần lượt là v1, v2 Nếu số trạng thái là

2v thì v1, v2 được tính như sau:

1, 1, 22

Hình 1.19 sơ đồ lưới 4 trạng thái, 4 QAM

Dựa trên lưới trạng thái, giả sử ta có chuỗi kí tự đầu vào bộ mã hóa như sau: [2

3 1 0 1 ………] Ban đầu, bộ mã hóa ở tráng thái “0”, theo đó kí tự “0” đượctruyền ra anten phát thứ nhất, anten phát thứ hai nhận được kí tự “2” Sau đó, bộ

mã hóa nhảy đến trạng thái “2”, theo đó kí tự “2” được truyền ra anten phát thứnhất, anten phát thứ hai nhận được kí tự “3” Bộ mã hóa lại nhảy đến trạng thái

“3” và kí tự “3” lại được truyền ra anten phát thứ nhất, anten phát thứ hai nhậnđược kí tự tiếp theo là “1”… Cứ như vậy, chúng ta sẽ có chuỗi kí tự phát ra trên 2anten như sau:

Kết quả của mã hóa STTC trên hai anten phát chính là đạt được 2 chuỗi kí tựvới quan hệ như ví dụ trên

Tượng tự ta có thể mở rộng dùng sơ đồ lưới trạng thái trường hợp 8 trạng thái, 8QAM như sau:

Ta giả sử rằng bộ giải mã có đầy đủ thông tin trạng thái kênh lý tưởng (CSI) vàbiết hi,j (với i= 1,2, ,nt và j= 1,2, ,nr ) Nếu tín hiệu nhận được ở anten thứ j tạithời điểm t là rtj thì branch metric được tính cho một nhánh như sau:

Ví dụ :

Giả sử có chuỗi tín hiệu vào như sau :

1 1 1 0 0 1 0 0 0 1 -> ta mã hóa thành các trạng thái ứng với điều chế 4-QAM,với

Quá trình giải mã thực hiện như sau :

+Tạo ra các giá trị để tính metric ,gọi là data_test

[0.7199 + 0.5603i 0.0999 - 0.2826i] ứng với cột data_test thứ nhất :

Tiếp tục, ta tính giá trị metric_d ứng với cặp tín hiệu thu thứ 2 là :

[-0.9294 - 0.3835i -0.4233 + 0.0154i] ứng với cột data_test thứ nhất :

metric_d =

Từ vị trí của các metric thành phần đó ta sẽ có chuổi bit được giải mã là : 23101

Ta minh họa quá trình trên bằng hình vẽ đơn giản sau :

Mã lưới là một mã nhị phân sửa lỗi phổ biến nhất hiện nay và được tìm thấytrong rất nhiều ứng dụng: trong thông tin di động (IMT-2000; GSM; IS - 95),trong thông tin vệ tinh số và các hệ thống thông tin truyền đại chúng… STTC làphương pháp mã hóa lưới kết hợp phân tập nhằm mục đích cải thiện chất lượnghoạt động của hệ thống thông tin liên lạc không dây bao gồm cả giảm chi phí,công suất và kích cỡ Và hầu hết các bộ giải mã ngày nay đều sử dụng thuật toánViterbi

CHƯƠNG 2

KỸ THUẬT OFDM

2.1 Giới thiệu chương

Nội dung chương này trình bày về kỹ thuật OFDM Qua các khái niêm cơ bản và

hoạt động, ưu điểm, nhược điểm của OFDM

2.2 Sơ lược về OFDM

2.2.1 Khái niệm về OFDM

Kỹ thuật OFDM (Orthogonal frequency-division multiplexing) là phương phápđiều chế đa sóng mang, trong đó các sóng mang phụ trực giao với nhau, nhờ vậyphổ tín hiệu ở các sóng mang phụ cho phép chồng lấn lên nhau mà phía thu vẫn cóthể khôi phục lại tín hiệu ban đầu Kỹ thuật điều chế OFDM do R.W Chang phátminh năm 1966 ở Mỹ Trong những thập kỷ vừa qua, nhiều công trình khoa học

về kỹ thuật này đã được thực hiện ở khắp nơi trên thế giới

Hình 2.1 OFDM

Kỹ thuật này phân chia dải tần thành rất nhiều dải tần con với các sóng mangkhác nhau, mỗi sóng mang này được điều chế để truyền một dòng dữ liệu tốc độthấp Tổng các dòng dữ liệu tốc độ thấp này chính là dòng dữ liệu tốc độ cao cầntruyền tải Đồng thời các sóng mang được sử dụng là các sóng mang trực giao vớinhau, điều này cho phép phổ của chúng chồng lên nhau mà không bị nhiễu Vì vậyviệc sử dụng băng thông trở nên hiệu quả hơn

Hình 2.2 Phân biệt FDM và OFDM

2.2.2 Tính chất trực giao của sóng mang

Tín hiệu được gọi là trực giao nhau nếu chúng độc lập với nhau Trực giao làmột đặc tính cho phép nhiều tín hiệu mang tin được truyền đi trên kênh truyềnthông thường mà không có nhiễu giữa chúng

Tín hiệu sóng mang là một sóng sine sao cho mỗi một sóng sine có một chu kìsao cho bằng một số nguyên lần thời gian cần thiết để truyền một ký hiệu Như

vậy trong thời gian tồn tại symbol, mỗi sóng mang sẽ có một số nguyên lần chu kỳkhác nhau, mặc dù phổ tần của chúng chồng lấn lên nhau nhưng chúng không gâynhiễu cho nhau.

Hình 2.3 Các sóng mang con

Việc giải mã tín hiệu sóng mang dựa vào việc máy thu sẽ dịch tần mỗi sóngmang xuống mức DC, tín hiệu nhận được lấy tích phân trên một chu kỳ củasymbol để phục hồi dữ liệu gốc Nếu mọi sóng mang đều dịch xuống tần số tích

mang khác sẽ là zero) Tính trực giao của các sóng mang con còn thể hiện ở chỗ:tại mỗi đỉnh của một sóng mang con bất kỳ trong nhóm thì các sóng mang conkhác bằng 0

Hình 2.5 Sơ đồ khối của kỹ thuật OFDM

2.3.1 Khối S/P (Serial to Parallel ) và P/S (Parallel to Serial )

điều chế mà được phân bố vào các kí hiệu một cách hợp lý Tuy nhiên để tránhhiện tượng lỗi chùm do nhiễu tác động người ta phân bổ luồng tín hiệu một cách

Hình 2.6 Khối S/P

Khối P/S có nhiệm vụ chuyển đổi luồng bít song song thành luồng nối tiếp

Hình 2.7 Khối P/S

2.3.2 Khối mã hóa và sắp xếp

- Mã hóa kênh

Trong OFDM người ta thường sử dụng mã sữa lỗi FEC(Forward ErrorCorrection) Nguyên tắc của FEC là người ta gửi thêm thông tin trùng lặp vàotrong thông điệp gửi đi, điều đó cho phép người nhận có thể tự kiểm tra và sửa lỗi(nếu có) gây ra do kênh truyền FEC có hai loại chính: mã hóa khối và mã hóachập Đồng thời để tránh hiện tượng lỗi chùm trong OFDM người ta còn sử dụngkỹthuật xen kẽ IL(interleaving) để chuyển các lỗi chùm thành các lỗi ngẫu nhiênđơn giản có thể sửa lỗi Phương pháp IL thực chất là đưa luồng bit vào theo hàng

điều chế tín hiệu số với bit 0 tương ứng với tín hiệu sóng có pha = -90° và bit 1tương ứng sóng mang có pha = 90° (hoặc ngược lại)

Hình 2.8 Điều chế PSK

QPSK (Quadature Phase Shift Keying) là là 1 kỹ thuật điều chế tín hiệu số, mãhóa 2 bit thành 1 symbols

Hình 2.9 Điều chế QPSK

QAM (Quadrature Amplitude Modulation ) là kỹthuật điều chế về pha và biên

độ của tín hiệu Nó sử dụng một cặp sóng mang Sine và Cosine với cùng mộtthành phần tần số để truyền tải thông tin về một tổ hợp bit Tại phía thu, tín hiệuthu được bị tác động của nhiễu trên đuờng truyền, khi đó pha và biên độ của tínhiệu đã bị thay đổi và được biểu diễn trên chòm sao sẽ lệch khỏi điểm tương ứng

ở phía phát một lượng nhất định Máy thu sẽ lựa chọn một điểm trên chòm sao có

Dựa vào việc điều chế các mức tương ứng ta có 4QAM, 8QAM, 16QAM,64QAM

Số mức điều chế lớn thì lượng tin được chuyển tải càng nhiều, nên việc sử dụngbăng thông hiệu quả hơn Tuy nhiên sử dụng càng nhiều mức thì lỗi bit càng cao.

Hình 2.10 Sơ đồ chòm sao QPSK, 16QAM, 64QAM

2.3.3 Khối chèn pilot

Khối chèn pilot thực hiện chèn các kí hiệu pilot vào tín hiệu trước khi truyền đi.Các kí hiệu pilot giúp cho máy thu biết được tình trạng của kênh truyền, cùng vớicác tham số của máy phát Nhờ đó mà máy thu có thể cân bằng và ước lượng kênhtruyền

Hình 2.11 Vị trí phổ của sóng mang pilot

2.3.4 Khối FFT và IFFT

-Nhiệm vụ chính

Kỹ thuật đa sóng mang gặp rất nhiều khó khăn ở phần cứng trong việc thiết lậpcác sóng mang khác nhau để phát đi Và khối FFT, IFFT được xem như là giảithuật hữu hiệu để giải quyết vấn đề này Ở phía phát sau tần điều chế, chuổi dữliệu được thiết lập một biên độ và pha tương ứng Điều này cho thấy tín hiệu phátđang ở miền tần số vì vậy khối IFFT được sử dụng để chuyển tín hiệu sang miền

).

(

1 )

k

kn N j

e k X N n x



Ta thấy chúng có tính chất trực giao nhau

Ở bộ thu sử dụng FFT để chuyển tín hiệu từ miền thời gian qua miền thần sốtương ứng Tín hiệu được biểu diễn dưới dạng tần số thông qua biên độ và pha đểđưa vào khối Signal Demapper

Ta có công thức tổng quát biến đổi IDFT và DFT của N điểm :

1, ,2,1,0)

(

1)

1, ,2,1,0)

()

Hình 2.12 Bộ điều chế OFDM

2.3.5 Khối chèn bảo vệ

Giả thiết một mẫu tín hiệu OFDM có độ dài là TS Chuỗi bảo vệ hay còn gọi

chép lên phần phía trước của tín hiệu này Sự sao chép này có tác dụng chốnglại nhiễu ISI gây ra bởi hiệu ứng đa đường

Hình 2.13 Chèn chuỗi bảo vệ

Ở tuyến đầu tiên ta nhận thấy mẫu tín hiệu thứ (k-1) không chồng lấn lên mẫutín hiệu thứ k Điều này là do ta giả sử rằng tuyến đầu tiên không có trễ truyềndẫn Tuy nhiên ở tuyến 2, mẫu tín hiệu thứ (k-1) bị dịch sang mẫu tín hiệu thứ kmột khoảng là Tmax do trễ truyền dẫn Tương tự như vậy mẫu tín hiệu thứ k bịdịch sang tín hiệu thứ (k+1) một khoảng cũng là Tmax Tín hiệu thu được ở máythu sẽ là tổng của tín hiệu tất cả các tuyến Sự dịch tín hiệu do trễ truyền dẫntrong các phương pháp điều chế thông thường sẽ gây ra nhiễu ISI Tuy nhiêntrong hệ thống OFDM có sử dụng chuỗi bảo vệ sẽ loại bỏ được nhiễu này

chồng lấn bởi các mẫu tín hiệu khác Ở phía thu, chuỗi bảo vệ sẽ bị gạt bỏ trướckhi gửi đến bộ giải điều chế OFDM

Khoảng bảo vệ được chọn dựa vào khoảng thời gian tích cực của symbol, có thể

là 1/4, 1/8, 1/16, 1/32 thời gian symbol tích cực

2.3.6 Khối D/A-Up converter và khối A/D- Down converter

Chuỗi ký hiệu rời rạc sau khi được chèn khoảng bảo vệ sẽ được đưa vào bộ biếnđổi từ số sang tương tự để xử lý đưa lên tần số cao để anten phát có thể dễ dàngbức xạ tín hiệu ra ngoài không gian Ở phía thu, tín hiệu OFDM được thu từ anten