OFDM và ứng dụng trong truyền hình số mặt đất 2.doc

Tài liệu tham khảo đồ án tốt nghiệp chuyên ngành viễn thông OFDM và ứng dụng trong truyền hình số mặt đất

Chương Ước lượng kênh OFDM Chương 2: ƯỚC LƯỢNG KÊNH TRONG OFDM 2.1 Giới thiệu chương Trong chương giới thiệu tổng quan hệ thống OFDM Trong đó, đề cập đến vấn đề kỹ thuật mà hệ thống OFDM gặp phải Ở chương này, giải vấn đề ước lượng tham số kênh Ước lượng tham số kênh (Channel Estimation) hệ thống OFDM bao gồm: xác định hàm truyền đạt kênh nhánh thời gian thực giải điều chế kết hợp bên thu Trong chương tìm hiểu phương pháp ước lượng kênh: ước lượng kênh sử dụng ký tự dẫn đường ước lượng Wiener Trước hết, giới thiệu sơ đặc tính kênh vơ tuyến di động ảnh hưởng đến tín hiệu 2.2 Tổng quan kênh vô tuyến 2.2.1 Suy hao Trong trình truyền, tín hiệu vơ tuyến yếu khoảng cách xa Phương trình (2.1) cho ta cơng suất tín hiệu thu truyền khơng gian tự do:    PR PT GT G R    4R  [10] (2.1) Trong đó: PR công suất thu (W); PT công suất phát (W); GT độ lợi anten phát (dB); GR độ lợi anten thu (dB);  bước sóng sóng mang vơ tuyến (m); R khoảng cách truyền dẫn (m) 2.2.2 Bóng mờ Fading chậm Các ứng dụng di động vô tuyến, môi trường truyền thường có vật cản Các vật gây phản xạ bề mặt làm suy hao tín hiệu truyền qua chúng gây nên tượng bóng mờ Sự thay đổi suy hao đường truyền xuất khoảng cách lớn phụ thuộc vào kích thước vật cản gây nên bóng mờ bước sóng tín hiệu RF Vì thay đổi thường xảy chậm nên cịn gọi 15 Chương Ước lượng kênh OFDM fading chậm Công thức (2.2) cho cơng suất thu tín hiệu mơi trường có thành phần suy hao đường truyền    PR PT GT G R    4R   [10] (2.2) Trong đó:  thành phần suy hao đường truyền Môi trường Tần số (MHz) Cửa hàng bán lẻ Cửa hàng bách hoá Văn phịng có vách ngăn Văn phịng Văn phịng Xưởng dệt/cơ khí Xưởng dệt/cơ khí 914 914 1500 900 1900 1300 4000 Hệ số suy hao đường  2,2 1,8 3,0 2,4 2,6 2,0 2,1 Bảng 2.1[10] Hệ số suy hao đường truyền môi trường khác 2.2.3 Ảnh hưởng đa đường Fading nhanh Trong trình truyền, tín hiệu RF bị phản xạ từ vật thể nhà cao tầng, đồi núi, tường, xe cộ v.v Mơi trường đa đường có tia phản xạ nguyên nhân gây fading nhanh Nếu truyền xung RF qua môi trường đa đường, đầu thu ta thu tín hiệu hình (2.1) Mỗi xung tương ứng với đường, cường độ phụ thuộc vào suy hao đường đường Đối với tín hiệu tần số cố định (chẳng hạn sóng sin), trễ đường truyền gây nên Cơng suất quay pha tín hiệu Thời gian truyền 2.2.4 Độ trải trễ2.1[10] Đáp ứng xung thu truyền xung RF Hình 16 Chương Ước lượng kênh OFDM Độ trải trễ lượng thời gian trải tín hiệu đa đường tới đầu thu Khi ta có giá trị ước lượng độ trải trễ kênh thơng tin, ta xác định tốc độ ký tự tối đa đạt bảo đảm nhiễu ISI mức độ cho phép Đối với truyền dẫn OFDM, ký tự tương ứng với nhiều sóng mang băng nhỏ truyền dẫn song song Nếu thời gian ký tự nhỏ độ trải trễ, hai ký tự kề chồng chập đầu thu Điều gây nhiễu xuyên ký tự ISI Các phương thức điều chế bậc cao 16-QAM, 256-QAM v.v có hiệu suất sử dụng phổ cao hơn, nhạy nhiều nhiễu ISI độ trải trễ phải nhiều so với khoảng thời gian ký tự 2.2.5 Độ dịch Doppler Bất trạm phát trạm thu có di chuyển so với nhau, tần số thu sóng mang khác với tần số sóng mang fC truyền Khi trạm di động di chuyển với vận tốc không đổi v tạo thành góc  phương tín hiệu tới Tín hiệu thu s(t) viết sau: s(t ) Re A exp j 2  f C  f D  t  [12] (2.3) Trong đó: A biên độ; fC tần số phát; fD độ dịch tần Doppler tần số thu là: vf v f D  cos   c cos  [12]  c (2.4) f r  f C  f D [12] (2.5) Độ dịch Doppler lớn fm cho bởi: fm  vf c [12] c (2.6) Trong mơi trường thực tế, tín hiệu thu đến từ nhiều đường phản xạ có khoảng cách khác góc đến khác Vì vậy, phát sóng sin có thêm độ dịch Doppler, thu có phổ mở rộng từ f C (1  v / c) f C (1  v / c) , gọi phổ Doppler Khi tất hướng di chuyển trạm di động tất góc tới giả sử có xác suất nhau, mật độ phổ cơng suất tín hiệu thu cho bởi: 17 Chương Ước lượng kênh OFDM S( f )  K 2f m  f  fc      fm  [12] (2.7) Trong đó: K số 2.2.6 Fading lựa chọn tần số Fading phẳng Ảnh hưởng đa đường gây nên thay đổi fading với tần số, đáp ứng pha thành phần đa đường thay đổi với tần số Bước sóng tỷ lệ nghịch với tần số đường truyền cố định pha thay đổi theo tần số Khoảng cách đường truyền thành phần đa đường khác thay đổi pha khác Hình (2.3) biểu diễn ví dụ truyền hai đường Đường hướng trực tiếp cách 10 m, đường hướng phản xạ cách 25 m Đối với bước sóng m Nếu thay đổi tần số 0,9 m đường có 10 / 0,9 11,111 hay có pha 0,111 360 40 , đường thứ hai có 25 / 0,9 27,778 , hay có pha 0,778 360 280 , điều làm hai đường khác pha nhau, làm suy giảm biên độ tín hiệu tần số Mặt phản xạ 8m 17m Thu Đường1 Đường2 10m Phát Hình 2.3[12] Minh họa fading lựa chọn tần số 2.3 Mơ hình kênh ước lượng kênh 2.3.1 Mơ hình kênh Trong hệ thống OFDM, đáp ứng xung kênh biểu diễn sau: h(t , )  k (t ) (   k ) [13] k 18 (2.11) Chương Ước lượng kênh OFDM Trong đó:  k thời gian trễ đường truyền thứ k, k (t ) biên độ phức tương ứng Rời rạc hóa mơ hình trên, nghĩhốà h t ,  h nT f , lTs  , áp dụng DFT ta được: H  n, k   K K0     h n, l  exp  l 0 j 2kl   [13] N  Trong đó: N số kênh nhánh khối OFDM Tf, f (2.12) độ dài thời gian khoảng cách kênh nhánh hệ thống OFDM, chu kỳ mẫu quan hệ với f sau: T f 1 / Nf , K0 thời gian trễ mẫu độ dài đáp ứng xung kênh truyền, thường nhỏ N (K0