Ứng dụng của Kỹ thuật Điều chế OFDM trong Truyền thông Không dây

Sự phát triển của công nghệ CDMA

Tại Mỹ, vào năm 1940, một nữ diễn viên Hollywood đồng thời là nhà sáng chế tài năng George Antheil, là một nhạc sĩ dương cầm, khi chiến tranh thế giới lần hai sắp nổ ra, đã đồng thời sáng chế ra một cách điều khiển ngư lôi bằng cách gửi tín hiệu vô tuyến ngẫu nhiên, nhảy liên tục từ tần số này sang tần số khác để tránh khả năng bị gián đoạn. Công nghệ này đã chứng minh ưu thế nổi bật trong việc sử dụng phổ tần vô tuyến bởi nó cho phép nhiều người sử dụng cùng chia sẻ đồng thời một khoảng băng tần mà không gây can nhiễu lẫn nhau, không như các công nghệ trước đây đòi hỏi cấp phát cho mỗi người sử dụng một tần số vô tuyến riêng.

IFFT ceil W

Ảnh hưởng của nhiễu GAUSS trắng cộng AWGN (ADDITIVE WHITE GAUSIAN NOISE) đến OFEM

Ngoài ra nhiễu còn có thể tạo ra bên trong các hệ thống thông tin như là kết quả của can nhiễu giữa các symbol ISI, can nhiễu giữa các sóng mạng ICI và méo xuyên điều chế IMD (Inter - Modulation Distortion). Hầu hết các dạng nhiễu trong hệ thống thông tin vô tuyến có thể được mô hình hoá chính xác nhờ dùng dữ liệu Gauss trắng cộng AWGN, nhiễu này có mật độ điều (còn gọ là nhiễu trắng) và có phân bố Gaus về biên độ (được xem như như phân bố chuẩn hoặc đường cong hình vuông). Tuy nhiên nếu chúng ta xem xét chỉ tiêu kỹ thuật của OFDM với nhiễu Gauss trắng cộng với AWGN thì chỉ tiêu của OFDM chính xác giống như chỉ tiêu kỹ thuật của hệ thống truyền sóng mang đơn và sóng mang này được điều chế và giữ liệu truyền.

Hầu hết hệ thống thông tin di động hiện nay như GSM, IS - 95 và các hệ thống thế hệ thứ 3 chỉ dùng các sơ đồ điều chế có độ dung sai nhiễu cao như BPSK, QPSK hoặc tương đương, điều này dẫn đến hiệu quả phổ thấp nhưng hệ thống mạnh khoẻ. Mặc dù điều này làm việc tốt cho các sơ đồ sử dụng cho các hệ thống GMSK (Gausian Minimum Shift Keying) như đã được sử dụng cho các hệ thống GSM, việc áp dụng nó thành công cho các sơ đồ điều chế cao hơn là khó khăn vì các lỗi sở tại trong cân bằng sẽ gây tỷ lệ lỗi cao. Thông lượng kênh của hệ thống là cực đại khi số người sử dụng là cực đại, dẫn đến mức nhiễu rất cao, điều này làm cho hệ thống mẫu cần hoạt động với tỷ số năng lượng trong môt jbit/nhiễu ERNR (Energy per Bit to Noise Ratio) là khoảng 5-8 dB sau giải điều chế có hiệu quả phổ cao vì SNR là quá thấp.

Việc phân phối điều chế linh hoạt trong OFDM cho phép chúng được tối ưu các điều kiện thực tế của địa phương, hơn là dùng sơ độ điều chế thấp để đảm bảo hệ thống hoạt động trong các điều kiện xấu nhất. Pha của Symbol đầu ra tương ứng với hiệu pha giữa các symbol hiện tại và trước đó và kết quả là nhiễu symbol được tăng gấp đôi (giảm chỉ tiêu khoảng 3dB) so với nhiễu pha của symbol đơn (như được dùng trong điều chế kết hợp).

Ảnh hưởng của méo tới OFDM

CÁc thành phần trong băng tần tạo thành nhiễu cộng với tín hiệu OFDM ở máy thu, làm giảm SNR của hệ thống, thậm chí ngay cả khi không có nguồn nhiễu khác. Thậm chí nếu tín hiệu được hạn chế băng thông hoàn thiện trước khi đưa tới bộ khuyếch đại công suất máy phát, mở rộng phổ sẽ xảy ra nếu bộ khuyếch đại công suất, tuy nhiên sự giảm này là không nhiều vì các bộ lọc băng thông hoạt động ở tần số RF thường có đặt tuyến không thật tốt. Các sơ đồ điều ché có hiệu suất băng thông cao hơn (ví dụ 16 QAM, 256-QAM..) nhạy cảm hơn với méo ì chúng yêu cầu SNR ì chúng yêu cầu SNR hiệu dụng cao hơn.

Tín hiệu có tỉ số công suất đỉnh trên công suất trung bình cao sẽ có chiều hướng có các đỉnh hoạt động gần phạm vi cực đại của bộ khuyếch đại hơn sóng hình sinc, với cùng một công suất trung bình. Có một cách để giảm ảnh hưởng của méo phi tuyến trong bộ khuyếch đại công suất máy là dùng tiền méo (predistorsion) có nghĩa là làm méo tín hiệu trước khi đưa vào bộ khuyếch đại công suất theo cách sao cho triệt méo do bộ khuyếch đại gây ra. Tuy nhiên nó không thể ngăn ngừa méo do sự xén bớt (hoặc cắt:. clipping) tín hiệu ở các mức công suất cao, do công suất đỉnh bị giới hạn của bộ khuyếch đại thực tế bất kỳ.

OBO được đo dựa trên công suất trung bình của tín hiệu sau khi cắt, làm cho việc xác định trực tiếp giá trị cắt cần thiết cần áp dụng cho tín hiệu đầu vào là khó khăn. Cũng có thể thấy rằng can nhiễu ngoài băng giảm chậm khi cách xa khỏi tần số trung tâm hình 4.8.2 h2 biểu diễn sự gia tăng mở rộng phổ đối với tín hiệu OFDM có 100 tải phụ (hay 100%. băng thông hệ thống).

Ảnh hưởng của lỗi đồng bộ tần số

Nếu đặc trưng kênh chỉ được thực hiện ở đầu của mỗi frame thì các lỗi tần số không được giải quyết sẽ dẫn tới giảm chỉ tiêu kỹ thuật theo thời gian. Symbol đầu tiên sau khi bù kênh sẽ có SNR hiệu dụng cực đại, SNR hiệu dụng sẽ bị giảm đi ở cuối frame. Chỉ tiêu kỹ thuật của điều chế vi sai sẽ tương tự với SNR của symbol đầu tiên, vì sự quay pha sẽ được sửa cho mỗi symbol.

CÁc tài liệu cũng nói rằng độ chính xác tàn số phải được duy trì trong giới hạn 2-4% để phòng ngừa tổn hao chỉ tiêu đáng kể. Trong môi trường di động nhiều người sử dụng vấn đề còn xấu hơn nữa vì sự truyền từ mỗi người sử dụng có thể có độ lệch tần số khác nhau. Nếu mọi người được đồng bộ tốt với trạm gốc thì vẫn có độ lệch tàn số với nhau đáng kể đối với họ do độ lệch Doppler.

Độ lệch tần trong kết nối OFDM một người sử dụng không phải là vấn đề quan trọng vì nó có thể được bù với sự gia tăng tối thiểu độ phức tạp của máy thu. Tuy nhiên trong trường hợp nhiều người sử dụng không có cách dễ dàng để sửa chữa các lỗi tần số.

ỨNG DỤNG CỦA ĐIỀU CHẾ OFDM TRONG KỸ THUẬT VIỄN THÔNG

Các thành phố cạnh nhau phải dùng các tần số RF khác nhau thậm chí cho cùng một trạm vô tuyến để phòng ngừa multipath gây ra bởi sự quảng bá cùng một tín hiệu từ một miền phủ sóng cần thiết là có thể, loại bỏ nhau cần phải có các tần số khác nhau được sử dụng trong miền cạnh nhau. Việc phát chương trình quảng bá truyền hình số (digital video broadcasting DVB) chủ yếu sử dụng tiêu chuẩn nén MPEG-2 hình, biên mã âm thanh và số liệu; sử dụng phương thức mã số MPEG-2; nó có phương thức sửa mã sai; căn cứ vào các chương trình multimedia, sẽ chọn lựa các phương thức điều chế tương ứng và biên mã của các đường thông tin. Sau khi xác định các tiêu chuẩn của phát truyền hình số DVB, do các sự truyền tải Multimedia khác nhau, lĩnh vực ứng dụng khác nhau nên DVB đã được tổ chức và phân chia thành vài hệ thống, cụ thể là hệ thống quảng bá truyền hình số vệ tinh DVB-S (satellite); hệ thống quảng bá truyền hình số hữu tuyến DVB-C (cable);.

Thông tin âm tần và thị tần và các tín hiệu số trước tiên sẽ đi qua bộ nén biên mã số MPEG 2 (ENC) tiến hành việc nén biên mã, tín hiệu truyền hình số với tốc độ trên 200 Mb/s được nén xuống còn 6Mb/s, dòng số liệu MPEG2 bị nén nhiều đường sẽ được đưa vào bộ trộn nhiều đường số tiến hành việc trộn, ở ngừ ra sẽ nhận được dũng mó MPEG2 có tốc độ càng cao hơn. Tín hiệu vệ tinh qua bộ biến tần LNB, máy thu vệ tinh số IRD (integrated receiver coder) sẽ tiến hành việc giải điều chế QPSK, giải mã đưa ra tín hiệu âm tần và thị tần, nếu dùng đầu nối thu CATV ở trước thì mạng truyền hình hữu tuyến có thể được chia thành phương thức truyền tải tương tự và phương thức truyền tải số (như hình 3.28). Trong phương thức truyền tải tương tự thì số đường truyền đạt và số lượng máy thu bằng nhau, do tín hiệu đầu ra của máy thu vệ tinh số IRD là AV cho nên cần phải dùng các bộ điều chế tương tự với các kênh tần khác nhau để truyền tải tín hiệu tới hộ dùng.

Để có thể truyền tải số trong mạng truyền hình hữu tuyến tín hiệu cần phải qua bộ chuyển đổi điều chế số, sau khi biến tần ở cao tần thì trung tần tín hiệu điều chế QPSK sẽ chuyển đổi thành tín hiệu điều chế QAM. @ Tất cả các đài phát của mạng phát xạ dVB-T thông qua hệ thống định vị toàn cầu GPS (global positioning system) được khoá ở một tần số chính xác làm cho tất cả các máy phát sử dụng ở cùng một tần số và được phát trong cùng một thời gian.