ước lượng kênh truyền thông hệ thống OFDM

ước lượng kênh truyền thông hệ thống OFDM

LỜI CAM ĐOAN

Em xin cam đoan nội dung của đồ án này không phải là bản sao chép của bất cứ đồán hoặc công trình đã có từ trước.

LỜI MỞ ĐẦU

Em xin chân thành cảm ơn nhà trường đã tạo điều kiện, cám ơn sự dạy bảotận tình của các thầy cô trong khoa Điện Tử Viễn Thông cũng như các thầy cô kháctrong trường Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng, đã giúp em hoàn thành đồ án tốt nghiệpnày.

Đặc biệt, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy giáo Nguyễn Duy NhậtViễn, người hướng dẫn của em và cô giáo Hoàng Lê Uyên Thục, đã tận tình chỉ bảođể cho em hoàn thành tốt đồ án này.

Để có được kết quả như ngày hôm nay, em rất biết ơn gia đình đã động viênkhích lệ, tạo mọi điều kiện nhất trong quá trình học tập, cũng như quá trình thựchiện đồ án tốt nghiệp này.

Mặc dù em đã có nhiều cố gắng nhưng chắc chắn đồ án còn nhiều thiếu sót,em rất mong nhận được sự chỉ bảo của thầy cô cùng các bạn

Đà Nẵng, ngày 02 tháng 06 năm 2008 Sinh viên

Lê Thị Bảo Quyên

CHƯƠNG 1GIỚI THIỆU 11

1.1 Giới thiệu chung 11

1.2 Mục đích của đồ án 11

1.3 Bố cục của đồ án 11

CHƯƠNG 2 KỸ THUẬT OFDM 13

2.1 Giới thiệu chương 13

2.2 Khái niệm OFDM 13

2.3So sánh FDM và OFDM 14

2.4Tính trực giao 15

2.5Cấu trúc OFDM 16

2.6Sơ đồ khối của hệ thống OFDM 18

2.6.1 Bộ chuyển đổi nối tiếp song song 19

2.6.2 Mã hóa kênh và sắp xếp (Coding & Mapping) trong hệ thống OFDM 192.6.2.1 Mã hóa kênh 19

2.6.2.2 Ánh xạ (mapping) 20

2.6.3Ứng dụng kĩ thuật IFT/FFT trong OFDM 21

2.6.4Tiền tố lặp CP (Cyclic Prefix) 22

CHƯƠNG 3 LÝ THUYẾT VỀ KÊNH TRUYỀN 36

3.1 Giới thiệu chương 36

3.2Đặc tính chung của kênh truyền tín hiệu OFDM 36

3.3Khái niệm kênh truyền dẫn phân tập đa đường 36

3.4Đáp ứng xung của kênh phụ thuộc thời gian (time_invariant channel impulse) 37

3.4.1 Khái niệm về kênh không phụ thuộc thời gian: 37

3.4.2 Khái niệm về đáp ứng xung của kênh (channel impulse response)

3.5 Hàm truyền đạt của kênh không phụ thuộc thời gian (time-invariant

channel transfer function) 39

3.6Bề rộng độ ổn định về tần số của kênh (coherence bandwidth of the channel) 39

3.7Hiệu ứng Doppler 40

3.8Kênh phụ thuộc thời gian 40

3.9Bề rộng độ ổn định về thời gian của kênh (coherence duration of the channel) 41

3.10 Các mô hình kênh cơ bản 42

3.10.1 Kênh theo phân bố Rayleigh 42

3.10.2 Kênh theo phân bố Rice 43

3.11 Quan hệ giữa tín hiệu phát, tín hiệu thu và mô hình của kênh 43

3.12.1 Khái niệm về nhiễu trắng 45

3.12.2 Các phép biểu diễn toán học của nhiễu trắng 46

3.12.3 Phổ công suất của nhiễu trắng có băng tần giới hạn 47

3.12.4 Ảnh hưởng của AWGN đến hệ thống OFDM 48

3.13 Nhiễu xuyên kí tự ISI 49

3.14 Nhiễu ICI (Inter-carrier interference) 49

3.15 Dung lượng kênh vô tuyến 50

3.15.1 Lý thuyết về dung lượng kênh số của Shannon 50

3.15.2 Thông lượng kênh tương tự có băng tần giới hạn 51

4.2.2LMMSE (least minimum mean square error) 57

4.4Ước lượng thích nghi 62

4.5Nội suy 62

4.5.1Nội suy trong miền tần số 63

4.5.2 Phương pháp nội suy trong miền thời gian 63

4.6Mô phỏng 64

5.2 Hướng phát triển của đề tài 73

Tài liệu thao khảoTài liệu thao khảo 74

PHẦN PHỤ LỤC 76

C/I Carrier to Interference Ratio

Tỷ số sóng mang trên nhiễu.

Bộ xử lý tín hiệu số.

FDD Frequency Division Duplexing

Ghép kênh song công phân chia theo tần số.

FDM Frequency Division MultiplexingGhép kênh phân chia theo tần số.FDMA Frequency Division Multiple Access

Đa truy cập phân chia theo tần sốFIR Finite Impulse Response

Đáp ứng xung hữu hạn

Dải bảo vệ

ICI Inter Channel Interference

Nhiễu xuyên kênh.

(I)FFT (Inverse) Fast Fourier TransformBiến đổi Fourier nhanh thuận (đảo).ISI Intersymbol Interference

Tuyến truyền dẫn thẳng.

MUX Multiplex Đa hợp

MMSE Minimum Mean Squared_Error

Lỗi quân phương tối thiểu.

NLOS Non Line Of Sight

Không có tuyến truyền dẫn thẳng.

OFDM Orthogonal Frequency Division Multiplexing

Ghép kênh phân chia theo tần số trực giao.

OFDMA Orthogonal Frequency Division Multiplexing Access

Đa truy cập phân chia theo tần số trực giao.

PAPR Peak_to_Average Power Ratio (PAR)

Tỷ số công suất đỉnh trên công suất trung bình.PN Pseudo Noise

Chuỗi giả ngẫu nhiên.

PSK Phase Shift KeyingĐiều chế số dịch pha.

Q

QAM Quadrature Amplitude Modulation

Điều biên cầu phương.

Chất lượng dịch vụ.

(Q)PSK (Quadrature) Phase-Shift Keying

Khóa dịch pha (vuông góc).

SER Symbol Error Rate

Tỷ lệ lỗi Symbol (kí hiệu)SNR Signal to Noise Rate

Tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu.

TDD Time Division Duplexing

Ghép song công phân chia thời gian.TDMA Time Division Multiple Access

Đa truy cập phân chia theo thời gian

U

UL UplinkTuyến lên.

UMTS Universal Mobile Telecommunnication System Hệ thống thông tin di động đa năng.

CHƯƠNG 1GIỚI THIỆU1.1 Giới thiệu chung

Ghép kênh phân chia theo tần số trực giao là một kĩ thuật truyền mà trong đótập hợp những sóng mang trực giao với nhau rồi truyền đồng thời Ứng dụng kĩthuật OFDM, ta có khả năng truyền thông tin tốc độ cao, sử dụng băng thông hiệuquả, chống được nhiễu liên kí tự ISI, nhiễu liên sóng mang ICI, chống được fadingchọn lọc tần số Kĩ thuật OFDM được biết đến cách đây khoảng 40 năm nhưng mànó mới được ứng dụng rộng rãi những năm gần đây Những sản phẩm ứng dụng kĩthuật OFDM có thể kể đến WIMAX (Worlwide interoperationability forMicrowaves Access), WLAN (Wireless Local Area Network) 802.11, x-DSL (x-Digital Subcriber Line) và DVT (Digital Video Broadcasting).

OFDM là một ứng cử viên sáng giá cho các hệ thống thông tin tốc độ cao, dođó ngày càng có nhiều hệ thống thông tin ứng dụng kĩ thuật OFDM Việc ước lượngkênh truyền đóng vai trò quan trọng trong các hệ thông thông tin nói chung và hệthống OFDM nói riêng Với niềm đam mê trong lĩnh vực DSP, cùng với ham muốntìm hiểu kĩ thuật OFDM, em đã chọn đề tài nghiên cứu này cho đồ án tốt nghiệp củamình.

1.2 Mục đích của đồ án

Đồ án tìm hiểu về kỹ thuật ước lượng kênh truyền trong hệ thống OFDM.Trong đó, đồ án tập trung nghiên cứu hai loại ước lượng tương đối đơn giản làMMSE và LS, so sánh 2 phương pháp ước lượng kênh lỗi bình phương trung bìnhnhỏ nhất (MMSE) và bình phương ít nhất (LS) cũng như tác động của các loại nhiễuvà các hiện tượng đa đường đến hệ thống thông tin.

1.3 Bố cục của đồ án

Đồ án chia làm 5 chương :

Chương 1 : Giới thiệu khái quát đồ án

Chương 2 : Trong chương này sẽ lần lượt trình bày về các khái niệm cơ bản trong

OFDM, sự khác nhau giữa OFDM và FDM, tính trực giao, cấu trúc OFDM, sơ đồkhối hệ thống OFDM, vấn đề đồng bộ trong OFDM, ưu nhược điểm của hệ thống

OFDM, kỹ thuật điều chế sử dụng trong OFDM Phần còn lại của chương sẽ trìnhbày các bước thiết kế hệ thống OFDM và các kết quả mô phỏng

Chương 3 : Trong chương này sẽ lần lượt trình bày về các khái niệm cơ bản trong

kênh truyền vô tuyến, khái niệm kênh truyền dẫn phân tập đa đường, đáp ứng xungcủa kênh không phụ thuộc thời gian và kênh phụ thuộc thời gian, các mô hình kênhcơ bản, quan hệ giữa tín hiệu phát, tín hiệu thu và mô hình kênh, kênh truyền dẫntrong môi trường nhiễu trắng và một số kết quả mô phỏng Ngoài ra vấn đề về dunglượng kênh vô tuyến cũng được đề cập đến.

Chương 4 : Trong chương này sẽ trình bày về kĩ thuật ước lượng kênh truyền trong

hệ thống OFDM , trong đó đi sâu vào hai phương pháp ước lượng kênh lỗi bìnhphương trung bình nhỏ nhất ( MMSE ) và bình phương ít nhất ( LS ).

Chương 5 : Kết luận và hướng phát triển đề tài trong tương lai

CHƯƠNG 2KỸ THUẬT OFDM 2.1 Giới thiệu chương

Trong chương này sẽ lần lượt trình bày về các khái niệm cơ bản trongOFDM, sự khác nhau giữa OFDM và FDM, tính trực giao, cấu trúc OFDM, sơ đồkhối hệ thống OFDM, vấn đề đồng bộ trong OFDM, ưu nhược điểm của hệ thốngOFDM, kỹ thuật điều chế sử dụng trong OFDM Phần còn lại của chương sẽ trìnhbày các bước thiết kế hệ thống OFDM và các kết quả mô phỏng

2.2 Khái niệm OFDM

Kỹ thuật OFDM là kỹ thuật ghép kênh phân chia theo tần số trực giao(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) Đó là sự kết hợp giữa mã hóa vàghép kênh Thường thường nói tới ghép kênh người ta thường nói tới những tín hiệuđộc lập từ những nguồn độc lập được tổ hợp lại Trong OFDM, những tín hiệu độclập này là các sóng mang con Đầu tiên tín hiệu sẽ chia thành các nguồn độc lập, mãhóa và sau đó ghép kênh lại để tao nên sóng mang OFDM.

OFDM là trường hợp đặc biệt của FDM (Frequency Divison Multiplex) Tacó thề liên tưởng kênh truyền FDM giống như một dòng nước đang chảy, nướcchảy thành một dòng lớn; kênh truyền OFDM giống như nước chảy ở vòi sen, chiara thành từng dòng nước nhỏ Ta có thể dùng tay để chặn dòng nước từ vòi nướcthông thường nhưng không thể làm tương tự với nước chảy ra ở vòi sen Mặc dù cảhai kỹ thuật cùng thực hiện chung một công việc nhưng mà lại co những phản ứngkhác nhau đối với nhiễu.

Ta cũng có thể liên tưởng tới sự vận chuyển hàng hóa bằng xe tải Ta có haiphương án, dùng một chiếc xe lớn chở tất cả hàng hóa (FDM) hoặc dùng một đoànxe nhỏ (OFDM) Cả hai phương án đều chở cùng một loại hàng hóa nhưng trongtrường hợp tai nạn xảy ra nếu ta dùng đoàn xe nhỏ thì chỉ có ¼ hàng hóa bị mấtmát.

Hình 2.1: Minh họa sự khác nhau của OFDM và FDM

2.3 So sánh FDM và OFDM

OFDM khác với FDM nhiều điểm Tất cả các sóng mang thứ cấp trong tínhiệu OFDM được đồng bộ thời gian và tần số với nhau, cho phép kiểm soát tốt cannhiễu giữa các sóng mang với nhau Các sóng mang này chồng lấp trong miền tần sốnhưng không gây can nhiễu giữa các sóng mang (ICI: inter-carrier interference) dobản chất trực giao của điều chế Với FDM, tín hiệu truyền cần có khoảng bảo vệ tầnsố lớn giữa các kênh để đảm bảo không bị chồng phổ, vì vậy không có hiện tượnggiao thoa kí tự ISI giữa những sóng mang Điều này làm giảm hiệu quả phổ Tuynhiên với OFDM nhằm khắc phục hiệu quả phổ kém khi có khoảng bảo vệ (guardperiod) bằng cách giảm khoảng cách các sóng mang và cho phép phổ của các sóngmang cạnh nhau trùng lắp nhau Sự trùng lắp này được phép nếu khoảng cách giữacác sóng mang được chọn chính xác sao cho đỉnh của sóng mang này sẽ đi qua diểmkhông của sóng mang kia tức là các sóng mang trực giao nhau để những tín hiệuđược khôi phục mà không giao thoa hay chồng phổ.

Hình 2.2:Kỹ thuật đa sóng mang chồng xung và không chồng xung.

Hình 2.3: Phổ của OFDM và FDM

2.4 Tính trực giao

Một tín hiệu được gọi là trực giao nếu nó có quan hệ độc lập với tín hiệukhác Tính trực giao là một đặc tính cho phép truyền một lúc nhiều thông tin trênmột kênh chung mà không gây ra nhiễu Chính sự mất tính trực giao là nguyên nhângây ra sự suy giảm tín hiệu trong viễn thông

OFDM đạt được sự trực giao bằng cách cấp phát cho mỗi nguồn thông tinmột số sóng mang nhất định khác nhau Tín hiệu OFDM đạt được chính là tổng hợpcủa tất cả các sóng sin này Mỗi một sóng mang có một chu kì sao cho bằng một sốnguyên lần thời gian cần thiết để truyền một ký hiệu (symbol duration) Tức là đểtruyền một ký hiệu chúng ta sẽ cần mốt số nguyên lần của chu kỳ Hình 2.4 làtrường hợp của tín hiệu OFDM với 4 sóng mang phụ.

Hình 2.4: Cấu trúc của một tín hiệu OFDM

Các hình (1a), (2a), (3a), (4a) là miền thời gian của các sóng mang đơn tần với cácchỉ số 1, 2, 3, 4 là số chu kỳ trên mỗi ký hiệu Các hình (1b), (2b), (3b), (4b) làmiền tần số nhờ sử dụng biến đổi Fourier nhanh của tín hiệu Hình phía dưới cùnglà tín hiệu tổng hợp của 4 sóng mang phụ.

Tập hợp các hàm được gọi là trực giao nếu thỏa mãn biểu thức (2.1)

0 ( ) ( ) *( ) 0 (2.1)

Những sóng mang này trực giao với nhau vì khi nhân dạng sóng của 2 sóng mangbất kỳ và sau đó lấy tích phân trong khoang thời gian T sẽ có kết quả bằng không.

2.5 Cấu trúc OFDM

Cấu trúc miền tần số OFDM gồm 3 loại sóng mang con :

- Sóng mang con dữ liệu cho truyền dữ liệu

- Sóng mang con dẫn đường cho mục đích ước lượng và đồng bộ

- Sóng mang con vô dụng (null) không để truyền dẫn, được sử dụng cho các băng

bảo vệ và các sóng mang DC.

Hình 2.5: Cấu trúc OFDM trong miền tần số

Trong một hệ thống OFDM, tài nguyên sẵn có trong miền thời gian chính làcác symbol OFDM và trong miền tần số chính là các sóng mang con Các tài nguyên

này được tổ chức thành các kênh con (sub-channel) cấp phát cho người dùng

Hình 2.6: Cấu trúc kênh con OFDM

Hình 2.7: Cấu trúc lát OFDM

Cấu trúc kênh con OFDM được phát hoạ ở hình (2.6) Trong kí tự OFDM thứ 1và thứ 3, những sóng mang con bên ngoài của mỗi lát đều là những sóng mang condẫn đường và có thể ước lượng đáp ứng kênh tại những tần số này bằng việc so sánhvới những sóng mang dẫn đường tham chiếu đã biết trước Đáp ứng tần số của haisóng mang bên trong có thể được ước lượng bằng phép nội suy tuyến tính trongmiền tần số Để tính toán đáp ứng tần số của những sóng mang liên kết với kí tựOFDM thứ hai, ta có thể nội suy trong miền thời gian từ sự ước lượng cho kí tựOFDM thứ 1 và thứ 3

2.6 Sơ đồ khối của hệ thống OFDM

Những tín hiệu OFDM được tạo ra trong miền tần số vì khó tạo ra nhữngbank lớn các bộ dao động và những bộ thu khóa pha trong miền tương tự Hình 2.8

là sơ đồ khối của bộ phát và thu OFDM cơ bản Phần máy phát biến đổi dữ liệu sốcần truyền, ánh xạ vào biên độ và pha của các tải phụ Sau đó nó biến đổi biểu diễnphổ của dữ liệu vào trong miền thời gian nhờ sử dụng biến đổi Fourier rời rạc đảo(inverse Discrecte Fourier Transform) Biến đổi nhanh Fourier đảo (Inverse FastFourier Transform) thực hiện cùng một thuật toán như IDFT, nhưng nó hiệu quảhơn nhiều và do vậy nó được sử dụng trong tất cả các hệ thống thực tế Để truyềntín hiệu OFDM tín hiệu miền thời gian được tính toán được nâng lên tần số cầnthiết Máy thu thực hiện thuật toán ngược lại với máy phát Khi dịch tính hiệu RFxuống băng cơ sở để xử lý, sau đó sử dụng biến đổi Fourier nhanh (FFT) để phântích tín hiệu trong miền tần số Sau đó biên độ và pha của các tải phụ được tách ravà đuợc biến đổi ngược lại thành dữ liệu số.

Hình 2.8: Sơ đồ khối của qúa trình phát và thu OFDM

2.6.1 Bộ chuyển đổi nối tiếp song song

Dữ liệu cần truyền thường có dạng dòng dữ liệu nối tiếp tốc độ cao do vậygiai đoạn biến đổi song song thành nối tiếp là cần thiết để biến đổi dòng bit nốitiếp đầu vào thành dữ liệu cần truyền trong mỗi ký hiệu OFDM Dữ liệu được phânphối cho mỗi ký hiệu phụ thuộc vào sơ đồ điều chế được sử dụng và số sóngmang Có thể nói biến đổi nối tiếp song song bao hàm việc làm đầy các dữ liệu chomỗi tải phụ Tại máy thu một quá trình ngược lại sẽ được thực hiện, với dữ liệu từcác tải phụ được biến đổi trở lại thành dòng dữ liệu nối tiếp gốc

Khi truyền dẫn OFDM trong môi trường đa đường (multipath), fading chọnlọc tần số có thể làm cho một số nhóm tải phụ bị suy giảm nghiêm trọng và gây ralỗi bit Để cải thiện chỉ tiêu kỹ thuật phần lớn các hệ thống OFDM dùng các bộ xáotrộn dữ liệu (scramber) như một phần của giai đoạn biến đổi nối tiếp thành songsong Tại máy thu quá trình giải xáo trộn được thực hiện để giải mã tín hiệu

2.6.2 Mã hóa kênh và sắp xếp (Coding & Mapping) trong hệ thống OFDM2.6.2.1Mã hóa kênh

Trong hệ thống thông tin số nói chung, mã hóa sửa sai theo phương phápFEC (Forward Error Correcting) được sử dụng để nâng cao chất lượng thông tin, cụthể là đảm bảo tỷ số lỗi trong giới hạn cho phép , điều này càng thể hiện rõ ở kênhtruyền bị tác động của AWGN

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

2.6.2.2Ánh xạ (mapping)

Sau khi đã được mã hóa và xen rẽ, các dòng bit trên các nhánh sẽ được điều

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

Chẳng hạn : khi ta sử dụng phương pháp điều chế 64-QAM thì sẽ có 6 bit đầu vàođược tổ chức thành một nhóm tương ứng cho một số phức trên đồ thị hình sao đặc

Trong 6 bit thì 3 bit LSB (b0 b1 b2) sẽ biểu thị cho giá trị của I, còn 3 bit MSB (b3 b4

b5) biểu thị cho giá trị của Q

Bảng 2.1 : Các giá trị trong mã hóa 64-QAM

2.6.3Ứng dụng kĩ thuật IFT/FFT trong OFDM

Như đã đề cập trong phần khái niệm về OFDM, ta đã biết OFDM là kỹ thuậtđiều chế đa sóng mang, trong đó dữ liệu được truyền song song nhờ rất nhiều sóngmang phụ Để làm được điều này, cứ mỗi kênh phụ, ta cần một máy phát sóng sin,một bộ điều chế và một bộ giải điều chế Trong trường hợp số kênh phụ là khá lớnthì cách làm trên không hiệu quả, nhiều khi là không thể thực hiện được Nhằm giảiquyết vấn đề này, khối thực hiện chức năng biến đổi DFT/IDFT được dùng để thaythế toàn bộ các bộ tạo dao động sóng sin, bộ điều chế, giải điều chế dùng trong mỗikênh phụ FFT/IFFT được xem là một thuật toán giúp cho việc thực hiện phép biếnđổi DFT/IDFT nhanh và gọn hơn bằng cách giảm số phép nhân phức khi thực hiệnphép biến đổi DFT/IDFT và giúp tiết kiệm bộ nhớ bằng cách tính tại chỗ (inplace).

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

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

Tần số trên sóng mang thứ k là fk = f0 + k∆f

Tín hiệu phát đi có thể biểu diễn dưới dạng :

x (2.3)

+Nếu thỏa mãn điều kiện fTs 1, (f T1s), thì các sóng mang sẽ trựcgiao với nhau, lúc này, phương trình (2.4) được viết lại :

X  = X(k) (2.5)Ở đây, hàm (m k)là hàm delta, được định nghĩa là :

2.6.4 Tiền tố lặp CP (Cyclic Prefix)

Đối với một băng thông hệ thống đã cho tốc độ ký hiệu của tín hiệu OFDMthấp hơn nhiều tốc độ ký hiệu của sơ đồ truyền đơn sóng mang Ví dụ đối với điềuchế đơn sóng mang BPSK tốc độ ký hiệu tương ứng với tốc độ bit Tuy nhiên vớiOFDM băng thông hệ thống được chia cho Nc tải phụ do đó tốc độ ký hiệu đượcgiảm Nc lần so với truyền đơn sóng mang Tốc độ ký hiệu thấp làm cho OFDM chịuđựng tốt với nhiễu giao thoa ký hiệu (ISI) gây ra bởi hiệu ứng đa đường Có thểgiảm tổi thiểu ảnh hưởng của ISI tới tín hiệu OFDM bằng cách thêm khoảng bảo vệphía trước mỗi ký hiệu Khoảng bảo vệ là bản copy tuần hoàn theo chu kỳ, làm mởrộng chiều dài của dạng sóng ký hiệu Mỗi ký hiệu OFDM khi chưa bổ sung khoảngbảo vệ, có chiều dài bằng kích thước IFFT (được sử dụng để tạo tín hiệu) bằng mộtsố nguyên lần chu kỳ của sóng mang phụ đó Do vậy việc đưa vào các bản copy củaký hiệu nối đuôi nhau tạo thành một tín hiệu liên tục, không có sự gián đoạn ở chỗ

nối Như vậy việc sao chép đầu cuối của ký hiệu và đặt nó vào điểm bắt đầu củamỗi ký hiệu đã tạo ra một khoảng thời gian ký hiệu dài hơn.

Hình 2.9: Thêm khoảng bảo vệ vào tín hiệu OFDM

Gọi TFFT là cỡ của IFFT dùng để tạo tín hiệu OFDM, TG độ dài của khoảng bảo vệthì lúc sử dụng phương pháp chèn khoảng bảo vệ độ dài của ký hiệu sẽ là:

Ts = TFFT + TG (2.7)Điều này giúp tăng độ dài ký hiệu do đó chống được nhiễu giao thoa ký hiệu, ngoàira khoảng bảo vệ cũng giúp chống lại lỗi lệch thời gian tại đầu thu.

2.6.5 Điều chế RF

Tại đầu ra của bộ điều chế OFDM, là tín hiệu có băng tần cơ bản Nó cầnđược nâng tần trước khi truyền dẫn Việc nâng tần có thể thực hiện bằng kỹ thuậttương tự hoặc kỹ thuật số

2.7 Đồng bộ

Đồng bộ là một trong những vấn đề đang rất được quan tâm trong kỹ thuậtOFDM bởi nó có ý nghĩa quyết định đến khả năng cải thiện các nhược điểm củaOFDM Chẳng hạn, nếu không đảm bảo sự đồng bộ về tần số sóng mang thì sẽ dẫnđến nguy cơ mất tính trực giao giữa các sóng mang nhánh, khiến hệ thống OFDMmất đi các ưu điểm đặc trưng nhờ sự trực giao này Trong hệ thống OFDM, người taxét đến ba loại đồng bộ khác nhau là : đồng bộ ký tự (symbol synchronization),đồng bộ tần số sóng mang (carrier frequency synchronization), và đồng bộ tần sốlấy mẫu (sampling frequency synchronization)

2.7.1Đồng bộ kí tự

Đồng bộ ký tự nhằm xác định chính xác thời điểm bắt đầu một ký tự OFDM.Hiện nay, với kỹ thuật sử dụng tiền tố lặp (CP) thì đồng bộ ký tự đã được thực hiệnmột cách dễ dàng hơn Hai yếu tố cần được chú ý khi thực hiện đồng bộ ký tự là lỗithời gian (timing error) và nhiễu pha sóng mang (carrier phase noise)

Lỗi thời gian

Lỗi thời gian gây ra sự sai lệch thời điểm bắt đầu một ký tự OFDM Nếu lỗithời gian đủ nhỏ sao cho đáp ứng xung của kênh vẫn còn nằm trong chiều dàikhoảng tiền tố lặp (CP) thì hệ thống vẫn đảm bảo sự trực giao giữa các sóng mang.Trong trường hợp này thì thời gian trễ của một ký tự được xem như là độ dịch phacủa kênh truyền và độ dịch pha này được xác định nhờ kỹ thuật ước lượng kênh.Trong trường hợp ngược lại, nếu chiều dài của CP nhỏ hơn lỗi thời gian thì hệ thốngsẽ xuất hiện lỗi ISI Có hai phương pháp để thực hiện đồng bộ thời gian, đó là :đồng bộ thời gian dựa vào tín hiệu pilot và đồng bộ thời gian dựa vào tiền tố lặp

Phương pháp đồng bộ thời gian dựa vào tín hiệu pilot được áp dụng cho cáchệ thống OFDM mà tín hiệu được truyền đi bằng kỹ thuật điều tần Trong phươngpháp này, bên phát sẽ mã hóa một số tín hiệu đã biết trước thông tin về pha và biênđộ trên một số sóng mang phụ Phương pháp này sau đó đã được điều chỉnh để sửdụng cho cả hệ thống OFDM mà tín hiệu truyền đi được truyền theo kỹ thuật điềubiên Thuật toán đồng bộ thời gian sử dụng tín hiệu pilot gồm 3 bước là : nhận biết

công suất (power detection), đồng bộ thô (coarse synchronization) và đồng bộ tinh(fine synchronization) Trong bước nhận biết công suất, tiến hành so sánh công suấttín hiệu thu được và giá trị ngưỡng để xác định xem tín hiệu nhận được có phải làtín hiệu OFDM hay không Trong bước đồng bộ thô, tín hiệu thu được sẽ được chotương quan với bản sao tín hiệu bên phát (do đã biết trước) xác định đỉnh tựtương quan để thực hiện đồng bộ với độ chính xác không cao (giá trị tại đỉnh tươngquan có giá trị lớn nhất và đặt tại gốc tọa độ) Trong bước đồng bộ tinh, do đã quaquá trình đồng bộ thô nên giá trị của lỗi thời gian lúc này đã nhỏ hơn chiều dài CP.Đồng bộ tinh sẽ thực hiện sự cân bằng giữa các kênh truyền phụ có mang thông tinpilot và giá trị ước lượng kênh

Trong phương pháp đồng bộ thời gian sử dụng tiền tố lặp CP, người ta đi xétsự sai biệt giữa hai mẫu tín hiệu thu cách nhau N khoảng lấy mẫu Đặt giá trị sailệch này là d(k) = r(k)-r(k+N) Khi một trong hai mẫu nằm trong khoảng CP, mẫucòn lại nằm trong phần tín hiệu có ích của ký tự OFDM thì chúng là bản sao củanhau nên d(k) có giá trị rất bé công suất của d(k) rất bé Nếu không nằm trongtrường hợp trên (tức là các mẫu không cùng nằm trong khoảng thời gian truyền củamột ký tự OFDM) thì d(k) có giá trị lớncông suất của d(k) khá lớn Nếu dùng mộtcửa sổ trượt có chiều dài đúng bằng chiều dài của tiền tố lặp thì công suất ra có giátrị bé nhất khi bắt đầu một tín hiệu OFDM mới  xác đinh được thời điểm bắt đầumột ký tự OFDM

Nhiễu pha sóng mang

Nhiễu pha sóng mang là hiện tượng không ổn định về pha của các sóngmang do sự không ổn định của bộ tạo dao động bên phát và bên thu

truyền không tuyến tính Hai ảnh hưởng do lỗi tần số gây ra là : suy giảm biên độtín hiệu thu được (vì tín hiệu không được lấy mẫu tại đỉnh của mỗi sóng mang hìnhsin) và tạo ra nhiễu xuyên kênh ICI (vì các sóng mang bị mất tính trực giao)

Hình 2.10: Ảnh hưởng của lỗi tần số (∆F) đến hệ thống : suy giảm biên độ tín hiệu (o) và bị tác động nhiễu ICI (●)

Ước lượng tần số

Tương tự như kỹ thuật đồng bộ ký tự, để thực hiện đồng bộ tần số, có thể sửdụng tín hiệu pilot hoặc sử dụng tiền tố lặp Trong kỹ thuật sử dụng tín hiệu pilot,một số sóng mang được sử dụng để truyền những tín hiệu pilot (thường là các chuỗigiả nhiễu) Sử dụng những ký tự đã biết trước về pha và biên độ sẽ giúp ta ướclượng được độ quay pha do lỗi tần số gây ra Để tăng độ chính xác cho bộ ướclượng, người ta sử dụng thêm các vòng khóa pha (Phase Lock Loop-PLL)

Nhận xét : Một vấn đề cần được quan tâm đến là mối quan hệ giữa đồng bộ ký tự

và đồng bộ tần số sóng mang Để giảm ảnh hưởng của sự mất đồng bộ tần số sóngmang thì có thể giảm số lượng sóng mang, tăng khoảng cách giữa hai sóng mangcạnh nhau Nhưng khi giảm số sóng mang thì phải giảm chu kỳ của mỗi ký tự trênmỗi sóng mang, dẫn đến việc đồng bộ ký tự rất khó khăn và phải chặt chẽ hơn Điềuđó chứng tỏ hai vấn đề đồng bộ trên có quan hệ chặt chẽ lẫn nhau, cần phải có sựdung hòa hợp lý để hệ thống đạt được các chỉ tiêu kỹ thuật đề ra

2.7.3Đồng bộ tần số lấy mẫu.

Tại bên thu, tín hiệu liên tục theo thời gian thu được lấy mẫu theo đồng hồ bênthu, vì vậy sẽ xuất hiện sự bất đồng bộ giữa đồng hồ bên phát và bên thu Người tađưa ra hai phương pháp để khắc phục sự bất đồng bộ này Phương pháp thứ nhất làsử dụng bộ dao động điều khiển bằng điện áp (Voltage Controlled Oscillator-VCO).

Phương pháp thứ hai được gọi là : lấy mẫu không đồng bộ; trong phương pháp này,các tần số lấy mẫu vẫn được giữ nguyên nhưng tín hiệu được xử lý số sau khi lấymẫu để đảm bảo sự đồng bộ

2.8 Ưu nhược điểm của hệ thống OFDM2.8.1Ưu điểm

Kỹ thuật OFDM có nhiều lợi ích mà các kỹ thuật ghép kênh khác không có

được OFDM cho phép thông tin tốc độ cao bằng cách chia kênh truyền fading chọnlọc tần số thành các kênh truyền con fading phẳng Nhờ việc sử dụng tập tần số sóngmang trực giao nên các sóng mang nên hiện tượng nhiễu liên sóng mang ICI có thểđược loại bỏ, do các sóng mang phụ trực giao nhau nên các sóng mang này có thểchồng lấn lên nhau mà phía thu vẫn có thể tách ra được dẫn đến hiệu quả sử dụngbăng thông hệ thống rất hiệu quả Khi sử dụng khoảng bảo vệ có tính chất cyclicprefix lớn hơn trải trễ lớn nhất của kênh truyền đa đường thì hiện tượng nhiễu xuyênký tự ISI sẽ được loại bỏ hoàn toàn Nhờ vào khoảng bảo vệ có tính chất cyclicprefix nên hệ thống sử dụng kỹ thuật OFDM chỉ cần bộ cân bằng miền tần số kháđơn giản IFFT và FFT giúp giảm thiệu số bộ dao động cũng như giảm số bộ điềuchế và giải điều chế giúp hệ thống giảm được độ phức tạp và chi phí hiện thực, hơnnữa tín hiệu được điều chế và giải điều chế đơn giản, hiệu quả hơn nhờ vào FFT vàIFFT

2.8.2Nhược điểm

OFDM là một kỹ thuật truyền dẫn đa sóng mang nên nhươc điểm chính củakỹ thuật này là tỷ số công suất đỉnh trên công suất trung bình PAPR (Peak-to-Average Power Ratio) lớn Tín hiệu OFDM là tổng hợp tín hiệu từ các sóng mangphụ, nên khi các sóng mang phụ đồng pha, tín hiệu OFDM sẽ xuất hiện đỉnh rất lớnkhiến cho PAPR lớn Điều này khiến cho việc sử dụng không hiệu quả bộ khuyếchđại cống suất lớn HPA (high-power amplifier) Một nhược điểm khác của OFDM làrất nhạy với lệch tần số, khi hiệu ứng dịch tần Doppler xảy ra tần số sóng mangtrung tâm sẽ bị lệch, dẫn đến bộ FFT không lấy mẫu đúng tại đỉnh các sóng mang,

dẫn tới sai lỗi khi giải điều chế các symbol Đồng thời OFDM đòi hỏi đồng bộ tầnsố và thời gian một cách chính xác.

2.9 OFDM trong hệ thống

Ta bắt đầu phần nhỏ này bằng cách mô tả một vài khía cạnh cần phải đề cậpđến khi thực hiện hệ thống OFDM Trong hầu hết hệ thống di động, không riêng hệthống OFDM , một vài dạng mã hóa kênh truyền được dùng để giảm BER (bit errorrate) bằng cách tạo ra sự dư thừa Đó cũng là vấn đề của hệ thống OFDM bởi vìphần đầu của mã hóa kênh thường là nhỏ hơn rất nhiều so với việc phải truyền lạitoàn phần tin tức bị lỗi.

Thông thường sự truyền thông sẽ diễn ra theo 2 hướng, ví dụ giữa BS(basestation) và user hoặc ngược lại Có hai cách chính để thực hiện điều đó trong hệthống OFDM đó là: FDD(Frequency Divison Duplex) và TDD(Time DivisionDuplex) Trong hệ thống FDD, đường xuống (từ BS đến user) và đường lên (từ userđến BS) được phân cách nhau bởi hai dải tần số khác nhau Trong hệ thống TDD,đường lên và đường xuống cùng tần số nhưng được trải trong những khoảng thờigian khác nhau.

Như đã nói ở phần đầu, một vài dạng của mã hóa kênh truyền thường đượcdùng để giảm BER(bit error rate) Không những thế, một hệ thống OFDM còn đòihỏi thêm bộ ước lượng độ dịch tần số và ước lượng kênh truyền để đạt được chấtlượng tối ưu Bộ ước lượng độ dịch tần số đòi hỏi phải đếm ảnh hưởng của sự chênhlệch tần số giữa bộ dao động nội ở vị trí thu và vị trí nhận (sự chênh lệch này có thểphá hủy sự trực giao của hệ thống) Nếu như các sóng mang con không trực giao,chúng sẽ gây ra ICI và do đó thông tin gởi đi sẽ rất khó khăn để khôi phục lại Bởivì mục đích của đồ án là ước lượng kênh truyền cho nên độ dịch tần số được xemnhư lý tưởng Trong trường hợp ước lượng kênh truyền, đầu tiên ta sẽ ước lượngtrong miền tần số (sau khi giải mã tín hiệu OFDM)

Cách thường hay sử dụng nhất để ước lượng kênh truyền và độ dịch tần số làdùng kí hiệu pilot Kí hiệu pilot là kí hiệu đã được bên thu và bên nhận biết trước Tương quan giữa fading kí hiệu pilot và fading của kí hiệu thông tin dữ liệu đượcgởi đi gần với kí hiệu pilot trong miền thời gian và trong miền tần số là rất mạnhmẽ Dưới đây là một ví dụ về sự phân bố pilot

Kí hiệu dữ liệu

2.10 Các bước thiết lập một hệ thống OFDM

1) Xác định băng thông dành cho kênh truyền (B)2) Xác định giá trị trải trễ lớn nhất của kênh truyền d

3) Chọn khoảng thời gian tiền tố vòng Tcp cho mỗi một ký tự OFDM phải lớn hơngiá trị trải trễ lớn nhất d, thông thường chọn Tcp = 4.d để loại bỏ nhiễu ISI,nhiễu ICI

Thời gianSóng

mang con

4) Chọn khoảng cách giữa các sóng mang  f 1/Ts để đảm bảo tính trực giao giữacác sóng mang

5) Xác định thời gian tổng cộng của một ký tự OFDM : Tf TsTcp

6) Xác định số sóng mang phụ (số kênh con) là N B/f

2.11 Một số ứng dụng của OFDM

Mặc dù OFDM được phát minh từ những năm 60, nhưng hệ thống không thểhiện thực vào thời điểm đó, do việc điều chế dữ liệu lên các sóng mang một cáchchính xác, cũng như việc tách các sóng mang phụ quá phức tạp, các thiết bị bán dẫnphục vụ cho việc hiện thực hệ thống chưa phát triển Tuy nhiên sau 20 năm đượcphát minh, kỹ thuật OFDM đã có thể dễ dàng hiện thực với chi phí rẻ và được ứngdụng rộng rãi nhờ vào sự phát triển của phép biến đổi Fourier nhanh FFT và IFFT.Cũng giống như kỹ thuật CDMA, kỹ thuật OFDM được ứng dụng đầu tiên tronglĩnh vực thông tin quân sự Đến những năm 1980 kỹ thuật OFDM được nghiên cứunhằm ứng dụng trong modem tốc độ cao và trong truyền thông di động Kể từ năm1990, OFDM được ứng dụng trong truyền dẫn thông tin băng rộng như HDSL(High-bit-rate Digital Subscriber Line), ADSL, VHDSL (Very-high-bit-rate DigitalSubscriber Line) sau đó OFDM được ứng dụng rộng rãi trong phát thanh số DAB vàtruyền hình số DVB.

Những năm gần đây OFDM đã sử dụng trong các chuẩn truyền dẫn mạng vôtuyến 802.11 và 802.16 của IEEE và tiếp tục được nghiên cứu ứng dụng trong chuẩnđi động 4G.

OFDM đang chứng tỏ những ưu điểm của mình trong các hệ thống viễnthông trên thực tế, đặc biệt là trong các hệ thông vô tuyến đòi hỏi tốc độ cao nhưthông tin di động và cả trong truyền hình số.

Các nơi có địa hình phức tạp như vùng nông thôn, ngoại ô, các thành phốđông dân cư, vv… ảnh hưởng lớn đến khả năng truy cập không dây băng rộng khitriển khai trong thời gian thực Một hệ thống truy cập vô tuyến băng rộng chắc chắnchính là hệ thống có nhiều tính năng cao và khả năng truyền dẫn tốt trong các điềukiện kết nối rộng lớn, giúp các nhà cung cấp dịch vụ viễn thông phủ sóng trên diện

rộng hơn với số trạm gốc giảm đi Với tính ưu việt của nó, kĩ thuật OFDM đangđược các hãng viễn thông trên thế giới ứng dụng rất hiệu quả vào một số sản phẩmnhằm đáp ứng các yêu cầu từ đơn giản đến chuyên dụng như kết nối mạng Lan,camera giám sát, hệ thống hội nghị truyền hình số (DVB) hay kĩ thuật truy cập WiFivà Wimax

Các sản phẩm này được thiết kế đặc biệt cho các ứng dụng điểm, đa điểm trong các điều kiện bị che chắn.

điểm-Sự kết hợp công nghệ modem OFDM và điều chế thích nghi linh hoạt chỉ cótrong thị trường công nghệ truy cập vô tuyến băng rộng và là các yếu tố chính tạonên tính năng nổi trội trong các sản phẩm viễn thông

2.12 Mô phỏng

Trong phần mô phỏng, ta sẽ lần lượt mô phỏng đặc tính của kênh truyền, tín

hiệu OFDM phát, thu trong miền tần số, thời gian Đồng thời, để thấy rõ ưu điểmcủa kỹ thuật OFDM, ta cũng sẽ mô phỏng tín hiệu QAM đơn sóng mang (với cùngmột chuỗi nhị phân phát như trong kỹ thuật OFDM) trong miền thời gian và miềntần số, từ đó xác định tỷ lệ BER khi truyền bằng kỹ thuật OFDM và khi truyền bằngđiều chế 16-QAM đơn sóng mang.

-20020

Hình 2.13 Tín hiệu OFDM phát và thu.

tin hieu OFDM thu trong mien tan so

-10-505

Hình 2.15 Tín hiệu QAM phát và thu

Tin hieu QAM thu trong mien tan so

-10-505

Kết quả tính BER khi truyền dữ liệu bằng kỹ thuật OFDM và QAM

Hien thi ket qua OFDM: BER=0 % va so bit loi la =0QAM: BER=25.9 % va so bit loi la =7

Nhận xét :

Qua kết quả mô phỏng, ta nhận thấy rõ ưu điểm nổi trội của kỹ thuật OFDMso với kỹ thuật QAM đơn sóng mang Với cùng một chất lượng kênh truyền nhưnhau thì OFDM cho tỷ lệ BER thấp hơn nhiều so với QAM Cụ thể, trong kết quảhiển thị trên, tỷ lệ BER = 0 tương ứng với OFDM và tỷ lệ BER = 25.9% tương ứngvới QAM

2.13 Kết luận chương

Trong chương này đã trình bày những vấn đề cơ bản của một hệ thốngOFDM : mô hình hệ thống, chức năng từng khối, các bước thiết lập thông số, mộtsố kết quả mô phỏng hệ thống OFDM bên phát và bên thu Nhìn một cách kháiquát, hệ thống OFDM mang trong nó rất nhiều ưu điểm, hứa hẹn sẽ là một giải phápkỹ thuật được áp dụng rộng rãi trong các mạng viễn thông tốc độ cao trong tươnglai Trong chương tiếp theo, sẽ trình bày về một trong những vấn đề quan trong nhấttrong hệ thống đó là ước lượng kênh truyền.

CHƯƠNG 3 LÝ THUYẾT VỀ KÊNH TRUYỀN3.1 Giới thiệu chương

Trong chương này sẽ lần lượt trình bày về các khái niệm cơ bản trong kênhtruyền vô tuyến, khái niệm kênh truyền dẫn phân tập đa đường, đáp ứng xung củakênh không phụ thuộc thời gian và kênh phụ thuộc thời gian, các mô hình kênh cơbản, quan hệ giữa tín hiệu phát, tín hiệu thu và mô hình kênh, kênh truyền dẫn trongmôi trường nhiễu trắng và một số kết quả mô phỏng Ngoài ra vấn đề về dung lượngkênh vô tuyến cũng được đề cập đến.

3.2 Đặc tính chung của kênh truyền tín hiệu OFDM

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 (AWGN-Additive White Gaussian Noise),Fading phẳng, Fading chọn lọc tần số, Fading nhiều tia…Trong kênh truyền vôtuyến thì tác động của tạp âm bên ngoài (external noise) và nhiễu giao thoa là rấtlớn Kênh truyền vô tuyến là môi trường truyền đa đường (multipath environment)và chịu ảnh hưởng đáng kể của Fading nhiều tia, Fading lựa chọn tần số Với đặctính là truyền tín hiệu trên các sóng mang trực giao, phân chia băng thông gốc thànhrất nhiều các băng con đều nhau, kỹ thuật OFDM đã khắc phục được ảnh hưởng củaFading lựa chon tần số, các kênh con có thể được coi là các kênh Fading không lựachọn tần số Với việc sử dụng tiền tố lặp (CP), kỹ thuật OFDM đã hạn chế được ảnhhưởng của Fading nhiều tia, đảm bảo sự đồng bộ ký tự và đồng bộ sóng mang

3.3 Khái niệm kênh truyền dẫn phân tập đa đường

Hình 3.1: Minh họa phân tập đa đường

Tín hiệu từ anten phát được truyền đến máy thu thông qua nhiều hướng phảnxạ khác nhau Tín hiệu ở máy thu là tổng của tín hiệu nhận được từ các tuyến truyềndẫn khác nhau đó Mỗi tuyến truyền dẫn như vậy sẽ có tần số khác nhau Ta có thểdễ dàng nhận thấy rằng tín hiệu thu được ở mỗi tấn số khác nhau là khác nhau chodù ở máy phát phát đi hai tín hiệu cùng biên độ Hiện tượng này chính là hiện tượng

fading ở miền tần số Kênh truyền phân tập đa đường gây nên hiệu ứng fading ở

miền tần số gọi là kênh phụ thuộc tần số (frequency selective channel) Thực chấtcủa hiện tượng phụ thuộc tần số là hàm truyền đạt của kênh phụ thuộc vào giá trịtần số của tín hiệu phát

3.4 Đáp ứng xung của kênh phụ thuộc thời gian (time_invariant channelimpulse)

3.4.1 Khái niệm về kênh không phụ thuộc thời gian:

Kênh không phụ thuộc thời gian là kênh truyền dẫn trong trường hợp khôngcó sự chuyển động tương đối giữa máy phát và máy thu Đối với kênh này, cả đápứng xung và hàm truyền đạt của nó đều không phụ thuộc thời gian.

3.4.2 Khái niệm về đáp ứng xung của kênh (channel impulse response)

Đáp ứng xung của kênh là một dãy xung thu được ở máy thu khi máy phátphát đi một xung cực ngắn gọi là xung Dirac (t) (Dirac impulse).

*Định nghĩa của xung Dirac:

Xung (t)được định nghĩa là xung Dirac nếu nó thỏa mãn hai điều kiện sau:

(2.1)Và 

+k chỉ số của tuyến truyền dẫn

+h() đáp ứng xung của kênh+ biến trễ truyền dẫn

+k trễ truyền dẫn tương ứng với tuyến k+ak hệ số suy hao

+Np số tuyến truyền dẫn.

3.5 Hàm truyền đạt của kênh không phụ thuộc thời gian (time-invariantchannel transfer function)

Hàm truyền đạt của kênh là

Dựa vào hàm truyền đạt của kênh ta có thể nhận biết được ở miền tần số nàotín hiệu bị suy hao tương ứng với độ fading lớn (deep fading), hoặc ở miền tần sốnào tín hiệu ít bị suy hao Thực chất hầu hết các hệ thống truyền dẫn băng rộngtrong môi trường truyền dẫn phân tập đa đường đều có fading ở miền tần số Độphụ thuộc vào tần số phụ thuộc vào trễ truyền dẫn của kênh và bề rộng băng tần tínhiệu.

3.6 Bề rộng độ ổn định về tần số của kênh (coherence bandwidth of thechannel)

Bề rộng độ ổn định về tần số của kênh được định nghĩa như sau:

(f)C 1/rms (2.5)Ở phương trình trên (f )C là bề rộng độ ổn định tần số của kênh còn rms làtrễ truyền dẫn hiệu dụng của kênh Tùy thuộc vào bề rộng băng tần của hệ thống sovới bề rộng độ ổn định tần số của kênh mà kênh được định nghĩa là kênh phụ thuộctần số hay không.

Nếu bề rộng độ ổn định tần số của kênh lớn hơn nhiều so với bề rộng băng tầncủa hệ thống:

3.7 Hiệu ứng Doppler

Hiệu ứng Doppler gây ra do sự chuyển động tương đối giữa máy phát vàmáy thu Cụ thể là : khi nguồn phát và nguồn thu chuyển động hướng vào nhau thìtần số thu được sẽ lớn hơn tần số phát đi, khi nguồn phát và nguồn thu chuyển độngra xa nhau thì tần số thu được sẽ giảm đi Bản chất của hiện tượng này là phổ củatần số bị xê dịch đi so với tần số trung tâm một khoảng gọi là tần số Doppler Sựdịch tần số này ảnh hưởng đến sự đồng bộ của nhiều hệ thống Đặc biệt trongOFDM vấn đề đồng bộ đóng vai trò khá quan trọng Hiệu ứng Doppler còn gây rasự phụ thuộc thời gian của kênh vô tuyến (time-variant channel) sẽ được giới thiệuở mục sau.

Giả thiết góc tới của tuyến k so với hướng chuyển động của máy thu là K, khi đótần số Doppler tương ứng của tuyến này là :

3.8 Kênh phụ thuộc thời gian

Sự dịch chuyển tương đối giữa máy phát và máy thu gây ra hiệu ứng Dopplervà hiện tượng phụ thuộc vào thời gian của kênh Sự phụ thuộc vào thời gian của đápứng xung của kênh vô tuyến được biểu diễn ở phương trình dưới đây:

(2.10)