Truyền thông OFDM trong hệ thống thông tin di động

Trực giao miền tần số

Dạng sóng hình chữ nhật này trong miền thời gian dẫn đến đáp tuyến tần số sinc trong miền tần số. Mỗi tải phụ có một đỉnh tại tần số trung tâm và một số giá trị không được đặt cân bằng theo các khoảng trống tần số bằng khoảng cách sóng mang.

Mô tả toán học

Việc xử lý (điều chế và giải điều chế ) tín hiệu OFDM được thực hiện trong miền tần số, bằng cách sử dụng các thuật toán xử lý tín hiệu số DSP (Digital Signal Processing ). - Để khắc phục hiện tượng không bằng phẳng của đáp tuyến kênh cần dùng nhiều sóng mang, mỗi sóng mang chỉ chiếm một phần nhỏ băng thông, do vậy bị ảnh hưởng không lớn của đáp tuyến kênh đến dữ liệu nói chung.

Bộ điều chế OFDM

Ở phương trình trên ta thấy hai sóng mang phụ p và q trực giao với nhau do tích phân của một sóng mang với liên hợp phức của sóng mang còn lại bằng 0 nếu chúng là hai sóng mang khác biệt. Dòng bit trên mỗi luồng song song {ai,n} lại được điều chế thành mẫu tín hiệu phức đa mức {dk,n}, với chỉ số n là chỉ số của sóng mang phụ, i là chỉ số của khe thời gian tương ứng với K bit song song sau khi qua bộ biến đổi.

Bộ giải điều chế OFDM

Các mẫu tín hiệu phát {dk,n} lại được nhân với xung cơ bản (basic impulse) g(t) mục đích làm giới hạn phổ tín hiệu mỗi sóng mang. Ưu điểm của phương pháp điều chế trực giao OFDM không chỉ là sự hiệu quả về sử dụng băng tần mà còn có khả năng loại trừ nhiễu xuyên tín hiệu ISI thông qua chuỗi bảo vệ (Guard Interval).

Bảo vệ chống lại offset thời gian

Để giải mã tín hiệu OFDM máy thu phải nhận đuợc FFT của mỗi symbol thu được để tìm ra biên độ và pha của các tải phụ. Đối với hệ thống OFDM dùng cùng một tần số lấy mẫu cho cả máy phát và máy thu, hệ thống phải dùng cùng một kích thước FFT cho cả máy thu và tín hiệu phát để duy trì sự trực giao của tải phụ. Đối với kênh lý tưởng không có mở rộng độ trễ máy thu có thể dò tìm được độ lệch thời gian bất kỳ (lớn nhất là bằng khoảng bảo vệ TG) và vẫn còn đạt được số các mẫu.

Do bản chất tuần hoàn của sự thay đổi khoảng bảo vệ lệch thời gian (time offset) chỉ dẫn đến sự. Đã chứng minh rằng offset thời gian được duy trì không đổi từ symbol này tới symbol khác, nên sự quay pha cho offset thời gian có thể được loại bỏ như một phần của cân bằng kênh trong môi trường đa đường ISI giảm độ dài của khoảng bảo vệ, dẫn đến lỗi offset thời gian cho phép.

Bảo vệ chống lại ISI và ICI

Với sóng mang con ở tần số Nyquist thì sự thay đổi là 1800 cho mỗi offset thời gian mẫu. Khoảng bảo vệ chống lại các ảnh hưởng thay đổi nhanh do đa đường loại bỏ các ảnh hưởng của ISI. Tuy nhiên trong thực tế các thành phần đa đường có khuynh hướng suy giảm chậm theo thời gian, dẫn đến vẫn còn ISI ngay cả khi khoảng bảo vệ tương đối dài được sử dụng.

Ưu điểm

Trong các hệ thống một sóng mang, ISI thường được tạo ra bởi các đặc tính truyền lan đa đường của một kênh thông tin vô tuyến. Do đó tín hiệu thu được có chứa tín hiệu truyền theo đường thẳng trực tiếp chồng lấn với các tín hiệu phản xạ với biên độ nhỏ hơn, gây méo tín hiệu. Hơn nữa ta còn có thể loại bỏ được hoàn toàn ISI nếu thêm vào tín hiệu OFDM chuỗi tiếp đầu tuần hoàn (CP) với độ dài của chuỗi lớn hơn trễ truyền dẫn lớn nhất của kênh ∆ττmax.

Với hệ thống OFDM, pha-đinh chọn lọc tần số chỉ tác động đến một hoặc một vài kênh con có băng tần tín hiệu nhỏ nên có thể coi là pha đinh phẳng. Đặc biệt ngày nay khi công nghệ chế tạo vi mạch phát triển với tốc độ xử lý cao thì công nghệ OFDM càng có khả năng ứng dụng rộng rãi trong các hệ thống thông tin, đặc biệt là trong các hệ thống thông tin băng thông rộng như WiMAX.

Kỹ thuật phân tập

Ưu điểm của phương pháp phân tập không gian là không làm suy giảm hiệu suất băng tần, không tốn phổ tần số, dễ sử dụng và trên lý thuyết không có sự hạn chế về số lượng các nhánh phân tập. Do tính chất ngẫu nhiên của pha-đinh, biên độ của một tín hiệu chịu ảnh hưởng pha-đinh ngẫu nhiên tại các thời điểm lấy mẫu cách xa nhau đủ lớn về thời gian sẽ không tương quan với nhau. Do thời gian cách biệt tỷ lệ nghịch với tốc độ di chuyển nên khác với các phương pháp phân tập khác, phương pháp phân tập thời gian không có ý nghĩa trong trường hợp máy di động đứng yên.

Tùy thuộc vào độ phức tạp và mức thông tin trạng thái kênh truyền CSI yêu cầu bởi phương pháp kết hợp tại nơi thu, có bốn loại chính là: kết hợp lựa chọn (Selection combining), kết hợp chuyển nhánh SC (Switching combining), kết hợp theo cùng độ lợi EGC (Equal Gain Combining) và kết hợp theo tỷ lệ lớn nhất MRC (Maximum Ratio Combining). Trong một hệ thống như thế này, tín hiêu có tỉ số tín trên tạp (SNR) tức thời lớn nhất tại mỗi khoảng thời gian tồn tại symbol được chọn ở đầu ra, vì thế SNR đầu ra bằng với SNR tốt nhât của tín hiệu đầu vào.