Cơ chế thích ứng được sử dụng trong hệ thống OFDM - Tìm hiểu sâu hơn về Fading Rayleigh và kỹ thuật OFDM

Các loại Fading

KĨ THUẬT OFDM

• Tính trực giao
• Các thông số đặc trưng trong hệ thống truyền dẫn OFDM .1 Cấu trúc tín hiệu OFDM

Khoảng cách giữa các sóng mang bằng nghịch đảo chu kỳ của một tín hiệu OFDM (∆f = 1/Ts). Hình 2.4 cũng chỉ rừ tại tần số trung tõm của mỗi súng mang phụ khụng cú nhiễu xuyờn kờnh từ những kênh khác. Điều này sẽ giúp chúng ta khôi phục được dữ liệu phát mà không có nhiễu xuyên kênh tại bộ thu. Trong OFDM, yêu cầu về điều kiện trực giao giữa các sóng mang là rất quan trọng, để thỏa mãn điều kiện này thì đòi hỏi về sự đồng bộ trong hệ thống. 2) Bộ IFFT/FFT tại máy phát và máy thu đóng vai trò then chốt trong kỹ thuật OFDM được sử dụng trong thực tế. Nó làm giảm độ phức tạp, giá thành của hệ thống, đồng thời tăng độ chính xác. 3) Khi yêu cầu truyền đi X(k) dưới dạng phức để thể hiện mức điều chế QAM khác nhau trên các sóng mang khác nhau (hay số bit truyền đi trên các kênh truyền phụ là khác nhau), có thể sử dụng bộ 2N-IFFT/FFT. Để thực 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 một khoảng thời gian bảo vệ giữa các ký tự phát kề nhau.Vậy sau khi chèn thêm khoảng bảo 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 bộ IFFT/FFT phát đi một ký tự).

ƯỚC TÍNH CHẤT LƯỢNG KÊNH VÀ CÂN BẰNG KÊNH

• Cân bằng kênh

Chẳng hạn, bộ ước lượng kênh tuyến tính tối ưu (theo nguyên lý bình phương lỗi nhỏ nhất-MMSE) là bộ lọc Wiener hai chiều (2D-Wiener filter) có chỉ tiêu kỹ thuật rất cao nhưng cũng rất phức tạp. Trong miền tần số, ước lượng kênh được thực hiện như sau : Một ký tự OFDM đã được xác định trước về pha và biên độ (gọi là ký tự huấn luyện-training symbol) được phát đi. Cũng tương tự như ước lượng kênh trong miền tần số, người ta cũng sử dụng các ký tự huấn luyện đã biết trước và từ kết quả so sánh giữa các ký tự thu được tại bộ ước lượng, các đáp ứng xung h(n) của những kênh con được ước lượng.

Theo công thức tính tổng chập và công thức (2.9), suy ra đáp ứng xung của các kênh con có dạng là một ma trận (Nì1), và cỏc mẫu tớn hiệu x(n) được tổ chức thành ma trận chữ nhật (. Bộ cân bằng ZF được thiết kế và được tối ưu bằng cách sử dụng tiêu chuẩn cưỡng bức về không, tức là buộc tất cả các đóng góp xung kim của phía phát, kênh và bộ cân bằng đều bằng 0 tại các thời điểm truyền dẫn nT (n≠0), trong đó T là khoảng thời gian truyền dẫn. Ưu điểm của bộ cân bằng ZF là bù đáp ứng kênh tại vị ví đáp ứng kênh bị suy giảm, tuy nhiên cả tín hiệu và tạp âm đều được tăng cường vì vậy sẽ giảm hiệu năng của bộ cân bằng.

MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP THÍCH NGHI SỬ DỤNG TRONG HỆ THỐNG OFDM

• Chu trình hoạt động của hệ thống AOFDM
• Một số cơ chế thích nghi được sử dụng trong hệ thống OFDM

Ảnh hưởng của kênh vô tuyến lên chất lượng truyền dẫn: Do tính chọn lọc tần số của kênh vô tuyến nghĩa là hàm truyền đạt kênh truyền không bằng phẳng dẫn đến cỏc thành phần tần số của tớn hiệu tin nằm trong khoảng lồi lừm của đặc tuyến hàm truyền đạt kênh bị thăng giáng tương ứng. Phương pháp làm tăng giảm SNR của các sóng mang con theo các vùng tần số lồi lừm của hàm truyền đạt kờnh nghĩa là: sẽ tăng cụng suất phỏt cho cỏc súng mang con ở cỏc thành phần tần số nằm trong khoảng lừm của đỏp ứng kờnh và ngược lại làm giảm công suất phát của các sóng mang đối với thành phần tần số nằm trong khoảng lồi của đáp ứng kênh. Giải pháp tăng hay giảm công suất phát đối với từng thành phần sóng mang con trong hệ thống OFDM rất phức tạp do đó tiến hành bằng cách tăng hoặc giảm năng lượng cho các thành phần tần số sóng mang con tại bộ điều chế sóng mang con (xem lại chương 2) bằng cách thay đổi tham số trải phổ cho từng thành phần sóng mang.

Với giả thiết là: (1) Cùng một độ rộng băng tần được cấp phát cho kênh (cùng tốc độ bit vào); (2) Cùng trạng thái kênh (cùng một đoạn băng tần bị thăng giáng, cùng số lượng các sóng mang con bị thăng giáng ); (3) trong cùng một khoảng thời gian khảo sát, có cùng số lượng bit được truyền, cùng khoảng thời gian mô phỏng. Tất nhiên nếu ta dùng cơ chế thích nghi khi dùng số ít sóng mang con sẽ không hiệu quả về thông lượng vì có thể có trường hợp mà có nhiều sóng mang con bị lỗi quá ngưỡng cho phép do đó dữ liệu được truyền trên một số ít sóng mang còn lại, điều này dẫn đến việc giảm mạnh tốc độ bit truyền dẫn. Khối điều khiển chèn: Khối này lấy thông tin chèn từ khối quyết định, nếu sóng mang nào có BER >BERngtb khi đó phần tử trong mảng QĐ có chỉ số bằng số thứ tự của sóng mang này sẽ có giá trị là ’1’ và ta phải tiến hành chèn ’0’ lên sóng mang này, nếu ngược lại thì sẽ tiến hành truyền dữ liệu bình thường trên sóng mang này.

CHƯƠNG TRÌNH MÔ PHỎNG

Mô hình mô phỏng hệ thống truyền dẫn OFDM thích nghi

Thông tin từ khối quyết định sẽ đưa đến khối điều khiển chuyển mức điều chế, khối này sẽ thực hiện công việc chuyển mức.

Thiết lập các thông số mô hình mô phỏng

Trong chương trình mô phỏng, các tham số khởi tạo hệ thống được tập trung vào trong một bảng, giá trị của các tham số được thiết lập khi khởi tạo và có thể thay đổi trong quá trình thực hiện chương trình mô phỏng nếu chọn chức năng điều chế thích nghi. Mặt khác vì cơ chế thích nghi mà đồ án sử dụng là chọn lọc sóng mang tức là lựa chọn các sóng mang có SNR cao (hay BER thấp) để truyền dữ liệu do đó số lượng sóng mang lớn có ý nghĩa đặc biệt quan trọng vì khi đó cơ chế chọn lọc sẽ hoạt động hiệu quả hơn, sẽ lựa chọn chính xác các vùng tần số tương đối ổn định trên kênh. Khoảng thời gian bảo vệ: Mỗi ký hiệu đều có một khoảng bảo vệ được gắn trước mỗi ký hiệu và khoảng bảo vệ này được chọn sao cho lớn hơn thời gian trễ cực đại của kênh, thì khi đó các ký hiệu thu trước và sau sẽ không bị chồng lấn lên nhau mà chỉ chồng lấn lên các khoảng bảo vệ tức không có hiện tượng ISI.

Hàm này sẽ tính ra giá trị BER của từng sóng mang con và kiểm tra xem nếu sóng mang nào có giá trị BER > BER ngưỡng thì sẽ gán cho phần tử của mảng QĐ tương ứng với vị trí sóng mang này giá trị là ‘1’, tức là không dùng sóng mang này. Tuy nhiên nếu thiết lập giá trị BER ngưỡng quá nhỏ thì số sóng mang đảm bảo giá trị BER nhỏ hơn giá trị BER ngưỡng sẽ rất ít do đó tốc độ truyền dẫn sẽ rất chậm do chỉ tiến hành truyền dữ liệu trên một số ít sóng mang. Khi không còn giữ tính trực giao thì năng lượng tín hiệu trên các sóng mang sẽ chồng lấn lên nhau điều này sẽ dẫn tới không còn phân biệt được ranh giới giữa các ký hiệu trên các sóng mang con do đó gây lỗi tại bộ quyết định.

Chương trình mô phỏng

• Các kết quả mô phỏng và đánh giá hiệu năng

Tuy nhiên nêu để ý thì ở mức 16-QAM, số sóng mang dùng để truyền dữ liệu sẽ rất ít thường < 55 sóng mang trên tổng số 100 sóng mang, nhưng vẫn đảm bảo được tốc độ truyền dữ liệu người dùng và BER yêu cầu do mức điều chế cao và dùng kết hợp cơ chế thích nghi chọn lọc sóng mang. Để dễ dàng so sánh hiệu năng BER và hiệu năng thông lượng của các cơ chế thích nghi khác nhau, cũng như giữa thích nghi và không thích nghi, đồ án đã tổng kết các lần chạy chương trình mô phỏng khác nhau và đưa ra kết quả tổng hợp thông qua giao diện so sánh. Hệ thống dùng cơ chế thích nghi kết hợp do đảm bảo BER phát 16- QAM, ở mức này dù có cơ chế thích nghi chọn lọc sóng mang song hiệu năng vẫn thấp hơn hệ thống không dùng thích nghi luôn giữ nguyên mức điều chế BPSK.

Đối với hệ thống không dùng một cơ chế thích nghi nào hoặc thích nghi theo cơ chế chọn lọc sóng mang sẽ có thông lượng không đổi, kết quả so sánh chỉ có ý nghĩa đối với hai cơ chế thích nghi là chuyển mức điều chế (AQAM) và kết hợp giữa chọn lọc sóng mang và mức điều chế. Kênh truyền được thiết lập sao cho cơ chế thích nghi chuyển mức điều chế không đạt ngưỡng phát 64-QAM (vì nếu như vậy sẽ không so sánh chọn vẹn hiệu năng BER và hiệu năng thông lượng giữa các cơ chế thích nghi cho từng mức ngưỡng phát khác nhau). Thông lượng của hệ thống dùng cơ chế thích nghi kết hợp vẫn tỏ ra ưu thế hơn hệ thống dùng cơ chế chuyển mức điều chế thông thường, hệ thống này đạt ngưỡng phát 4-QAM và 16-QAM sớm hơn hệ thống dùng nguyên cơ chế thích nghi chuyển mức điều chế.