CHƯƠNG 3: TÌM HIỂU VỀ KĨ THUÃT OFDM
3.7.ISI, ICI trong hệ thống OFDM.
ISI( intersymbol interference) là hiện tượng nhiễu liên kí hiệu. ISI xảy ra do hiệu ứng đa đường, trong đó một tín hiệu tới sau sẽ gây ảnh hưởng lên tín hiệu trước đó.
Hình 3.11. Mô tả truyền tín hiệu đa đường tới máy thu.
Chẳng hạn như ở hình 3.11, chúng ta thấy rồ tín hiệu phản xạ (reflection) đến máy thu theo đường truyền dài hơn so với các tín hiệu còn lại. Khoảng thời gian trễ(mức trải trễ) này tính như sau:
T = As/c
Khoảng chênh lệch này là khá nhỏ, tuy nhiên so với khoảng thời gian một mẫu tín hiệu thì nó lại không nhỏ chút nào. Trong các hệ thống đơn sóng mang, ISI là một vấn đề khá nan giải. Lí do là độ rộng băng tần tỉ lệ nghịch với khoảng thời gian kí hiệu, do vậy nếu muốn tăng tếc độ truyền dữ liệu trong các hệ thống này, tức là giảm khoảng kí hiệu, vô hình chưng đã làm tăng mức trải ưễ tương đối. Lúc này hệ thống rất nhạy với trải trễ. Và việc thêm khoảng bảo vệ khó triệt tiêu hết ISI. Phương án giải quyết được lựa chọn là tạo các đường truyền thẳng. Theo đó, các anten thu phát sẽ được đặt trên cao nhằm lấy đường truyền. Tuy nhiên, đó cũng không phải là một cách hiệu quả.
Nhưng vấn đề về nhiễu ISI đã được giải quyết trong hệ thống OFDM, đây cũng là một lý do quan trọng để chúng ta sử dụng hệ thống OFDM,tức là nó bị ảnh hưởng ít bởi độ trải trễ đa đường. Đối với một hệ thống băng thông cho trước, tốc độ symbol của tín hiệu OFDM thấp hơn nhiều so với phương thức truyền dẫn đơn sóng mang. Ví dụ, đối với kiểu điều chế BPSK đơn sóng mang, tốc độ symbol tương đương với tốc độ bit truyền dẫn. Còn đối với hệ thống
OFDM, băng thông được chia nhỏ cho NS sóng mang con làm cho tốc độ symbol
thấp hơn NS lần so với truyền dẫn đơn sóng mang. Tốc độ symbol thấp này làm cho
OFDM chống lại được ảnh hưởng của nhiễu ISI gây ra do truyền đa đường. Truyền đa đường gây ra bởi tín hiệu truyền dẫn vô tuyến bị phản xạ bởi những vật cản trong môi trường truyền như tường, nhà cao tầng, núi v.v... Nhiều tín hiệu phản xạ này đến đầu thu ở những thời điểm khác nhau do khoảng cách truyền khác nhau. Điều này sẽ trải rộng đường bao các symbol gây ra sự rò rỉ năng lượng giữa chúng.
Ảnh hưởng của ISI lên tín hiệu OFDM có thể cải tiến hơn nữa bằng cách thêm vào một khoảng thời bảo vệ ở đầu mỗi symbol. Khoảng thời bảo vệ này chính
là copy lặp lại dạng sóng làm tăng chiều dài của symbol. Khoảng bảo vệ được chọn sao cho lớn hơn độ trải trễ ước lượng của kênh, để cho các thành phần đa đường từ một symbol không thể nào gây nhiễu cho symbol kế cận. Mỗi sóng mang con, trong khoảng thời symbol của tín hiệu OFDM khi không có cộng thêm khoảng thời bảo vệ, (tức là khoảng thời thực hiện biến đổi IFFT dùng để phát tín hiệu), sẽ có một số nguyên chu kỳ. Bởi vì việc sao chép phần cuối của symbol và gắn vào phần đầu cho nên ta sẽ có khoảng thời symbol dài hơn. Hình 3.12. minh họa việc chèn thêm khoảng thời bảo vệ. Chiều dài tổng cộng của symbol là: TS=TG+ TFFT với TS là
chiều dài tổng cộng của symbol, TG là chiều dài khoảng thời bảo vệ, và TFFT là
Symbol N
Hình 3.12. Chèn thời khoảng bảo vệ vào tín hiệu OFDM.
Trong một tín hiệu OFDM, biên độ và pha của sóng mang con phải ổn định trong suốt khoảng thời symbol để cho các sóng mang con luôn trực giao nhau. Nêu nó không ổn định có nghĩa là hình dạng phổ của các sóng mang con sẽ không có dạng hình SINC chỉnh xác nữa, và như vậy các điểm có giá trị phổ cực tiểu của sóng mang con sẽ không xuất hiện tại các tần số mà những sóng mang con khác có phổ cực đại nữa và gây ra nhiễu xuyên sóng mang (ICI).
Tính chất trực giao của sóng mang có thể được nhìn thấy trên giản đồ trong miền thời gian hoặc trong miền tần số. Từ giản đồ miền thời gian, mỗi sóng mang có dạng sin với số nguyên lần lặp với khoảng FFT. Từ giản đồ miền tần số, điều này tương ứng với mỗi sóng mang có gỉá trị cục đại tần số trung tâm của chính nó và bằng không TẠI tần số trung tâm của sóng mang khác. Hình 3.13 biểu diễn phổ của bốn sóng mang trong miền tần số cho trường hợp trực giao.
Hình 3.13. Phổ của bốn sóng mang trực giao.
Tính trực giao của một sóng mang với sóng mang khác bị mất nếu giá trị của sóng mang không bằng không tại tần số trung tâm của sóng mang khác. Từ giản đồ miền thòri gian, tương ứng hình sin không dài hơn số nguyên lần lặp khoảng FFT. Hình 3.13 biểu diễn phổ của bốn sóng mang không trực giao.
ICI xảy ra khi kênh đa đường khác nhau ứên thời gian ký tự OFDM. Dịch Doppler trên mỗi thành phần đa đường gây ra bù tần số trên mỗi sóng mang, kết quả là mất tính trực giao giữa chúng. ICI cũng xảy ra khi một ký tự OFDM trải qua ISI. Sụ bù tần số sóng mang của máy phát và máy thu cũng gây ra ICI đến một ký tự OFDM.