Kỹ thuật đa truy nhập kênh truyền đa song mang phân chia theo mã (MC-CDMA) trong kênh vô tuyến

Các hiện tượng ảnh hưởng đến chất lượng kênh truyền

Tín hiệu được phát đi, qua kênh truyền vô tuyến, bị cản trở bởi các toà nhà, núi non, cây cối …, bị phản xạ (reflection), tán xạ (scattering), nhiễu xạ (diffraction)…, các hiện tượng này được gọi chung là Fading. Các tín hiệu được truyền theo các đường khác nhau này đều là bản sao của tín hiệu phát đi nhưng đã bị suy hao về biên độ và bị trễ so với tín hiệu được truyền thẳng (Line of Sight).

Các dạng kênh truyền

Ngược lại, trên hình 1.2b, kênh truyền có f0 lớn hơn nhiều so với băng thông của tín hiệu phát, mọi thành phần tấn số của tín hiệu được truyền qua kênh chịu sự suy giảm và dịch pha gần như nhau. Kênh truyền vô tuyến luôn thay đổi liên tục theo thời gian, vì các vật chất trên đường truyền luôn thay đổi về ví trí, vận tốc…, luôn luôn có những vật thể mới xuất hiện và những vật thể cũ mất đi … Sóng điện từ lan truyền trên đường truyền phản xạ, tán xạ … qua những vật thể này nên hướng, góc pha, biên độ cũng luôn thay đổi theo thời gian.

Các đặc trưng của kênh fading

• Hệ thống ngẫu nhiên phụ thuộc thời gian

Fading chậm luôn được quan tâm ngay từ đầu khi tiến hành quy hoạch mạng nhưng với sự phân tích hoạt động của hệ thống thông tin, ta sẽ phải tập trung vào fading nhanh vì thế giả thiết môi trường là không đổi trong khoảng thời gian cần thiết để tiến hành tính toán, ví dụ, tốc độ lỗi bit. Trải phổ Doppler tối đa trong các ứng dụng vô tuyến di động sử dụng điều chế sóng mang đơn thường nhỏ hơn rất nhiều so với khoảng cách giữa các kênh lân cận nhau, do đó ảnh hưởng của ISI lên các kênh lân cận do hiệu ứng trải Doppler không được xét đến trong các hệ thống điều chế sóng mang đơn.

Truyền dẫn đa sóng mang OFDM

Ý tưởng đơn giản của truyền dẫn đa sóng mang là để vượt qua giới hạn trên, sẽ thực hiện chia cắt luồng dữ liệu thành K luồng dữ liệu nhỏ có tốc độ thấp và truyền các luồng dữ liệu nhỏ này trên các sóng mang liền nhau, như mô tả ở hình 2.1. Tuy nhiên, chúng ta không thể tăng hệ số K lên một cách tùy ý vì với khoảng thời gian “ký hiệu” quá dài, sẽ làm cho việc truyền dẫn trở nên quá nhạy với sự phụ thuộc thời gian của kênh, liên quan đến tần số Doppler lớn nhất νmax. Tuy nhiên, trong kỹ thuật người ta thường chọn f0 nằm ở giữa, tương ứng với DC trong băng gốc, và tần số trung tâm fc trong băng thông, với k âm cho miền băng dưới và chỉ số k dương cho miền băng trên.

Ngược lại với cơ chế ban đầu, với mỗi thời điểm l, tập K (hoặc K+1) “ký hiệu” điều chế được truyền bởi các xung khác nhau gk(t), luồng dữ liệu song song kích thích 1 bank lọc của K (hoặc K+1) bộ lọc thông dải khác nhau. Làm điều này, chúng ta sẽ thu được các xung giới hạn thời gian gkl(t) trực giao trong miền tần số bởi cách xây dựng sau: lựa chọn g(t) là một xung nằm trong khoảng thời gian [-Ts/2, Ts/2] của khoảng thời gian Ts theo cách mà g t( )2 có dạng cosin nâng với hệ số rollof α. Bằng cách đó, các “ký hiệu” sẽ được mở rộng ra một cách đều đặn từ sóng hài gốc trong khoảng thời gian Fourier T bằng cách thêm khoảng bảo vệ với độ rộng ∆ để trở thành 1 hài có cùng tần số và pha nhưng với độ rộng TS = + ∆T.

Điều này có nghĩa việc phân tích Fourier tại phía thu hoạt động với cùng cửa sổ phân tích có chiều rộng T, nhưng sẽ được thực hiện một lần trong suốt khoảng thời gian TS thay cho khoảng thời gian T. Nhờ có khoảng trống này cùng với các xung truyền dẫn được mở rộng có chu kỳ, sẽ cho phép sự mất đồng bộ trong khoảng thời gian tối đa là τ = ∆, tương đương với một sự dịch sang phải của tín hiệu. Như vậy với 0< < ∆τ , sự trực giao giữa thành phần xung cơ bản phía phát và phía tách sóng (phía thu) ứng với các chỉ số khác nhau sẽ được đảm bảo, nếu có cùng chỉ số đầu ra tách sóng chỉ bị ảnh hưởng bởi hệ số pha độc lập tần số.

Điều chế và giải điều chế OFDM

• Tạo tín hiệu I/Q

Phần này và các phần tiếp theo của chương này sẽ tập trung mô tả chi tiết các thành phần của cơ chế truyền dẫn đa sóng mang như điều chế và giải điều chế đa sóng mang, bộ tín hiệu số I/Q, lấy mẫu, mã hóa và giải mã kênh,… sẽ được nghiên cứu. Tại phía thu, tín hiệu RF thu được RRF( )t sẽ được biến đổi xuống (down conversion), sau đó một băng gồm Ncbộ lọc thích ứng sẽ được sử dụng để giải điều chế tất cả các sóng mang con. Tuy nhiên, phương pháp này sẽ gặp một số hạn chế khi thực hiện cho việc truyền dẫn OFDM, đặc biệt với số lượng sóng mang con lớn và yêu cầu về điều chế bậc cao (ví dụ điều chế 64-QAM) do sự không hoàn hảo của các thành phần RF.

Đây sẽ là một khó khăn trong việc giảm độ phức tạp để tránh hiện tượng nhiễu xuyên âm (cross-talk) giữa tín hiệu I và Q, do vậy, để bảo đảm sự thích hợp về biên độ và pha một cách chính xác giữa các thành phần I và Q của sóng mang đã điều chế trên toàn bộ băng tần của tín hiệu. Do vậy, với các thiết bị đầu cuối có chất lượng không cao sẽ dẫn đến sự không thích hợp giữa I và Q, xuất phát từ việc không tương xứng về độ lợi giữa các tín hiệu I và Q và từ việc tạo tín hiệu vuông góc không hoàn hảo. Phương pháp này thực hiện kỹ thuật xử lý số để chuyển tín hiệu dạng phức miền thời gian sang miền tần số và tạo ra một tín hiệu không có các thành phần ảo, và tín hiệu này sẽ trở thành tải tin cho một bộ điều chế đơn.

Thành phần kênh Q sẽ được lọc bởi một bộ lọc FIR giống như tại phía phát, còn thành phần kênh I sẽ được làm trễ đi với độ trễ tương ứng của bộ lọc FIR vì thế các thành phần I và Q sẽ được đồng thời đưa đến khối xử lý FFT.